JP3779658B2 - 制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば流体の流れを制御する種々の制御弁にシール部材として用いられるグランドパッキンの性能診断装置に関し、特に、弁軸に付加される軸方向荷重に基づいてグランドパッキンのシール性能を診断するようにした制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、火力発電所、原子力発電所等においては、複数の制御弁を用いて作動流体（例えば、蒸気または高温の水等）の流量制御を行うと共に、その圧力制御等も行う構成としている。
【０００３】
そして、この種の従来技術による制御弁は、制御対象となった作動流体の流入口、流出口を有し該流入口、流出口間には弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に摺動可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口、流出口間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開，閉弁方向に駆動する弁駆動手段と、該弁駆動手段と弁体との間に設けられ該弁駆動手段による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸を有した駆動力伝達手段と、該駆動力伝達手段の弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えている（例えば、特開２００１−１０８１４２号公報等）。
【０００４】
この場合、前記弁駆動手段は、弁体を軸方向に駆動して開，閉弁制御を行うため軸方向の駆動力を弁軸を介して前記弁体に伝え、このときに弁軸は弁ハウジングに対しグランドパッキンを介して軸方向に摺動変位する。そして、このグランドパッキンは、前記弁ハウジングの軸挿通穴と弁軸との間をシールすることにより、前記弁ハウジング内を流れる流体が弁軸と軸挿通穴との間から外部に漏洩するのを防ぐものである。
【０００５】
また、前記弁ハウジングには、軸挿通穴の開口端側に位置してグランドパッキンに軸方向の締付力を付与するパッキン締付具が設けられている。そして、このパッキン締付具によりグランドパッキンを軸方向に圧縮変形させ、弁軸とグランドパッキンとの間に締め代（グランドパッキンの径方向面圧）を付与することによって、グランドパッキンによるシール性を確保するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術にあっては、弁体を開，閉駆動する弁軸と弁ハウジングの軸挿通穴との間にグランドパッキンを設け、前記軸挿通穴の開口端側からパッキン締付具を用いてグランドパッキンに軸方向の締付力を付与することにより、弁ハウジングの軸挿通穴内でグランドパッキンと弁軸との間の締め代（径方向面圧）を調整する構成としている。
【０００７】
しかし、この場合のグランドパッキンは、弁軸に対する径方向面圧（即ち、グランドパッキンの側面圧）を大きくすると、弁軸が軸方向に摺動変位するときの摺動抵抗が過大となって弁体を開閉制御（開度を調整）する上での応答性が悪くなり、ハンチング等の発生原因になってしまう。
【０００８】
一方、弁軸に対するグランドパッキンの側面圧（締め代）を小さくすると、弁軸の摺動抵抗を低減できるものの、グランドパッキンによるシール性が低下し、弁ハウジング内を流れる流体が前記軸挿通穴と弁軸との間から外部に漏洩し易くなり、制御弁としての信頼性が低下してしまう。
【０００９】
このため、従来技術では、制御弁の運転開始前にパッキン締付具を用いて、グランドパッキンの軸方向に付与する締付力を予め調整するようにしている。しかし、この場合の調整作業は、作業者の熟練を必要とする作業となり、グランドパッキンが新品の段階と徐々に経年劣化した場合とでは、前記締付力の調整値が異なってしまい、作業性を向上することができないという問題がある。
【００１０】
また、制御弁の運転途中にあっては、弁体の開，閉弁動作から類推して、グランドパッキンの締め代（側面圧）が大き過ぎるか、小さ過ぎるか、適正であるか否かを判断するしかなく、制御弁の運転状態におけるグランドパッキンのシール性能を必ずしも十分には診断できないという問題がある。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、弁軸に働く軸方向の荷重等を検出することにより、制御弁の運転途中でもグランドパッキンのシール性能を判別することができ、グランドパッキンに対する締付力の調整作業を容易に行うことができるようにした制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、流体の流入口と流出口を有し該流入口と流出口との間に弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に変位可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開，閉弁方向に駆動する弁駆動手段と、該弁駆動手段と弁体との間に設けられ該弁駆動手段による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸を有した駆動力伝達手段と、該駆動力伝達手段の弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えた制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置に適用される。
【００１３】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記駆動力伝達手段に設けられ前記弁軸の軸方向に付加される荷重を検出する荷重検出手段と、該荷重検出手段から出力される検出信号により前記グランドパッキンと弁軸との間に働く摺動抵抗値を求め、少なくともこの摺動抵抗値から前記弁軸に対するグランドパッキンの側面圧を演算する側面圧演算手段と、該側面圧演算手段で演算した前記グランドパッキンの側面圧に基づいて該グランドパッキンのシール性能を判別する性能判別手段とを備える構成としている。
【００１４】
このように構成することにより、例えば弁体の開度を可変に制御している間に、駆動力伝達手段の弁軸に付加される軸方向の荷重を荷重検出手段によって検出でき、このときの荷重検出信号からグランドパッキンと弁軸との間に働く摺動抵抗値を求めることができる。そして、側面圧演算手段は、この摺動抵抗値から弁軸に対するグランドパッキンの締め代を側面圧として演算することができ、性能判別手段は、演算により求めたグランドパッキンの側面圧からグランドパッキンの締め代が適正であるか否か、締め代が大き過ぎないか小さ過ぎないかをシール性能として判別することができる。
【００１５】
また、請求項２の発明によると、側面圧演算手段は、弁ハウジング内を流れる流体の流体圧により弁軸の軸方向でグランドパッキンに付加される軸方向面圧と、摺動抵抗値による前記グランドパッキンの軸方向面圧とを加算することによって軸方向の合計面圧を演算し、この合計面圧から前記グランドパッキンの径方向面圧を側面圧として演算により求める構成としている。
【００１６】
この場合には、弁ハウジングの流入口、流出口間に流体を流す前の段階で、荷重検出手段による荷重検出信号からグランドパッキンと弁軸との間の摺動抵抗値を求めることにより、この摺動抵抗値に従ってグランドパッキンの軸方向に働く軸方向面圧を算定することができる。また、例えば弁ハウジング内を流れる流体の圧力を予め設計値として取込む（または、実機該当部の圧力を検出し、それを取込む）ことにより、この流体圧に従ってグランドパッキンの軸方向に働く軸方向面圧も算定することができ、これらの２つの軸方向面圧を加算して軸方向の合計面圧を算定できる。そして、グランドパッキンは軸方向の面圧に対する径方向面圧の関係が、例えば側面圧係数として求められているので、前記合計面圧と側面圧係数を掛け算（乗算）することにより、グランドパッキンの径方向面圧を側面圧（締め代）として算出することができる。
【００１７】
また、請求項３の発明によると、性能判別手段は、弁ハウジング内を流れる流体の流体圧とグランドパッキンの側面圧とを比較し、この比較結果により流体の漏洩の有無を判別する構成としている。
【００１８】
これにより、性能判別手段は流体の流体圧とグランドパッキンの側面圧とを比較し、例えば側面圧の方が流体圧よりも大きいときには、グランドパッキンにより流体の漏洩を阻止できると判別でき、逆に側面圧が流体圧より小さいときには漏洩の可能性があると判別することができる。
【００１９】
また、請求項４の発明によると、グランドパッキンは、弁ハウジングと弁軸との間で該弁軸の軸方向に互いに重合わせて配置される複数個のパッキン材からなり、側面圧演算手段は該各パッキン材毎に側面圧を演算し、性能判別手段は前記各パッキン材毎に前記側面圧と前記弁ハウジング内を流れる流体の流体圧とを比較して流体の漏洩の有無を判別する構成としている。
【００２０】
これにより、弁軸の軸方向に互いに重合わせて配置された複数個のパッキン材のうち、いずれのパッキン材がどの程度の側面圧（締め代）を有しているかを個別に知ることができ、性能判別手段はこれらのパッキン材毎に流体の漏洩が有るか否かを判別することができる。
【００２１】
さらに、請求項５の発明によると、弁ハウジングには、弁軸が挿通される軸挿通穴と、グランドパッキンを取付けるため該軸挿通穴を部分的に拡径することにより形成され該軸挿通穴の軸方向に延びたパッキン取付穴と、該パッキン取付穴内に前記グランドパッキンを取付けた状態で該グランドパッキンに軸方向の締付力を付与するパッキン締付具とを設け、該パッキン締付具は、性能判別手段によるグランドパッキンの性能判別結果に応じて前記締付力を可変に調整する構成としている。
【００２２】
これにより、パッキン締付具は、性能判別手段によるグランドパッキンの性能判別結果に従ってグランドパッキンに対する軸方向の締付力を可変に調整でき、これによってグランドパッキンの側面圧を適正な締め代となるように容易に調節することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置を添付図面の図１ないし図８に従って詳細に説明する。
【００２４】
ここで、図１ないし図７は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は本実施の形態で採用した制御弁で、この制御弁１は、後述の弁ハウジング２、弁体７、駆動機構８、弁軸２２およびグランドパッキン２３等により構成されている。
【００２５】
２は制御弁１の外殻を構成する弁ハウジングで、該弁ハウジング２は、制御対象となる流体の流路途中に配設される弁箱３と、後述の弁体ガイド４および支持フレーム５とから大略構成され、弁箱３内には制御対象の流体として高温の給水等が流通するものである。
【００２６】
そして、弁箱３は、前記給水の流入口３Ａおよび流出口３Ｂと、該流入口３Ａと流出口３Ｂとの間に位置し後述の弁体ガイド４が嵌合される貫通穴３Ｃが穿設された仕切壁部３Ｄと、該仕切壁部３Ｄの貫通穴３Ｃと上，下で対向し貫通穴３Ｃよりも大径に形成された筒状開口部３Ｅとを有している。
【００２７】
４は弁箱３内に設けられた筒状の弁体ガイドで、該弁体ガイド４は、筒状開口部３Ｅ側から弁箱３内に挿入される。そして、弁体ガイド４は、その一端側が貫通穴３Ｃに嵌合され、他端側が後述の蓋部５Ａに嵌合することにより弁箱３内に位置決めされている。また、弁体ガイド４の内周面は後述する弁体７用の摺動面４Ａとなり、該摺動面４Ａの下端側には弁体７が離着座する環状の弁座４Ｂが一体形成されている。
【００２８】
また、弁体ガイド４には、弁座４Ｂよりも僅かに上側となる位置に径方向の流通穴４Ｃ，４Ｃが穿設されている。そして、これらの流通穴４Ｃは弁体７により開，閉され、これによって弁箱３は流入口３Ａと流出口３Ｂとの間が連通，遮断されるものである。
【００２９】
５は弁箱３の上側に設けられ、弁ハウジング２の一部を構成する支持フレームで、該支持フレーム５の一端側は、筒状開口部３Ｅを上側から閉塞する蓋部５Ａとなり、該蓋部５Ａの中心側には後述の弁軸２２が挿通される軸挿通穴５Ｂが穿設されている。そして、該軸挿通穴５Ｂは、支持フレーム５の蓋部５Ａ内を軸方向（上，下方向）に貫通して延び、その一端（下端）側は弁体ガイド４内と連通している。
【００３０】
また、支持フレーム５の蓋部５Ａには、軸挿通穴５Ｂの上部側部位を拡径することにより段付穴として形成されたパッキン取付穴５Ｃが設けられ、該パッキン取付穴５Ｃは、その上端が蓋部５Ａの上面に開口している。そして、このパッキン取付穴５Ｃ内には後述のグランドパッキン２３が側面圧（締め代）をもって取付けられるものである。
【００３１】
６は支持フレーム５の上端（他端）側に設けられ、支持フレーム５の一部となる支持板で、該支持板６は、支持フレーム５の上端側に複数のガイド部６Ａ，６Ａ，…等を介して取付けられ、後述のダイヤフラム１３を下側から支持するものである。そして、支持板６の各ガイド部６Ａは、後述の可動シェル１２を矢示Ａ，Ｂ方向に移動可能（上，下動可能）にガイドするものである。
【００３２】
７は弁体ガイド４内に摺動可能に挿嵌された弁体で、該弁体７は、図２に示すように有蓋筒状体として形成され、その一端側は前記弁座４Ｂに離着座することにより弁体ガイド４の各流通穴４Ｃを介して弁箱３の流入口３Ａと流出口３Ｂとの間を連通，遮断するものである。
【００３３】
また、弁体７には圧力逃がし穴７Ａ，７Ａ，…が穿設され、これらの圧力逃がし穴７Ａは、弁体ガイド４と弁体７との間で圧力差が発生するのを防止し、弁体７が滑らかに開，閉弁動作するのを補償するものである。
【００３４】
８は弁体７から離間して支持フレーム５の他端側に設けられた弁駆動手段としての駆動機構で、該駆動機構８は、後述のばね受１８と支持板６との間に配設され、弁体７を常時閉弁方向に付勢したスプリング９と、後述する空気圧作動式のアクチュエータ１０と、図４に示す後述のポジショナ２７等とにより構成されている。
【００３５】
１０は弁体７をスプリング９に抗して開弁方向に駆動する空気圧作動式のアクチュエータで、該アクチュエータ１０は、上，下の可動シェル１１，１２と、外周側が該可動シェル１１，１２間に挟持して設けられた可動隔壁としてのダイヤフラム１３とからなり、該ダイヤフラム１３は上側の可動シェル１１との間に圧力室１４を画成している。
【００３６】
ここで、可動シェル１１，１２は、支持フレーム５上の支持板６をダイヤフラム１３と共に上，下方向から取囲むように配設されている。そして、ダイヤフラム１３は、その中央部側が支持板６に固着され、該支持板６によって背面側から補強（バックアップ）されている。
【００３７】
また、下側の可動シェル１２には、支持板６の各ガイド部６Ａが挿通される複数の挿通穴１２Ａ，１２Ａ，…が設けられ、これらの挿通穴１２Ａにより可動シェル１２は、支持フレーム５に対し各ガイド部６Ａに沿って上，下動可能に取付けられている。そして、可動シェル１２は、その内周側端部が後述するヨーク１６の外周側に固着され、このヨーク１６と一体に矢示Ａ，Ｂ方向に移動（上，下動）するものである。
【００３８】
１５は上側の可動シェル１１に設けられた気体圧の給排口で、該給排口１５には後述の操作空気圧配管３８が接続され、これによってアクチュエータ１０の圧力室１４内には気体圧としての空気圧が給排される。そして、圧力室１４内の空気圧が最小の圧力になっている間は、スプリング９により可動シェル１１，１２およびヨーク１６等が矢示Ａ方向に付勢され、これによって弁体７は図１に示す如く閉弁状態に保持される。
【００３９】
一方、アクチュエータ１０は、給排口１５から圧力室１４内に操作空気圧が供給されると、この空気圧が増加するに応じて圧力室１４内の容積を増大させる。そして、この圧力室１４内の空気圧により、可動シェル１１，１２はヨーク１６等と共にスプリング９の付勢力に抗して矢示Ｂ方向に押動され、これによって弁体７は図２に示す如く弁開度が増大されるものである。
【００４０】
１６は支持フレーム５内に上，下動可能に設けられた可動枠としてのヨークを示し、該ヨーク１６は有底の枠状体として形成され、スプリング９を径方向外側から覆う構成となっている。また、ヨーク１６の底部１６Ａ側には、後述の軸力センサ２５が弁軸２２と共に取付けられ、ヨーク１６は弁軸２２と共に駆動力伝達手段を構成するものである。
【００４１】
１７はヨーク１６の底部１６Ａに設けられた固定ボルト、１８は該固定ボルト１７に緩止めナット１９と一緒に螺合されたばね受で、該ばね受１８は、固定ボルト１７に対する螺合位置を緩止めナット１９と共に変えることにより、スプリング９の付勢力を可変に調節するものである。
【００４２】
２０，２１は支持フレーム５，ヨーク１６に設けられた工具挿入穴で、該工具挿入穴２０，２１には、固定ボルト１７に対するばね受１８および緩止めナット１９の螺合位置を変えるときに、例えばスパナ、レンチ等の工具が挿入されるものである。
【００４３】
２２はヨーク１６と共に駆動力伝達手段を構成する弁軸で、該弁軸２２は、図２に示すように支持フレーム５（蓋部５Ａ）の軸挿通穴５Ｂ内に軸方向に摺動可能（上，下動）に挿嵌され、その下端側は弁体ガイド４内で弁体７に連結されている。また、弁軸２２の上端側は後述の軸力センサ２５を介してヨーク１６の底部１６Ａに連結されている。そして、弁軸２２はヨーク１６の動きを弁体７に伝達し、弁体７を上，下に開，閉弁させるものである。
【００４４】
２３は支持フレーム５の蓋部５Ａと弁軸２２との間をシールするグランドパッキンで、該グランドパッキン２３は、例えば図３に示す如く合計９個のパッキン材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，２３ｇ，２３ｈ，２３ｉを用いて構成され、これらのパッキン材２３ａ〜２３ｉは、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に互いに重合わせて装着されている。
【００４５】
ここで、パッキン材２３ａ〜２３ｉは、本実施の形態にあっては互いに同一のパッキン材が用いられ、後述の面圧伝達係数α（例えば、α＝０．９５）、側面圧係数Ｋ（例えば、Ｋ＝０．８）も互いに等しい値に設定されている。また、パッキン材２３ａ〜２３ｉは、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に後述の如く一括締めされているものである。
【００４６】
そして、グランドパッキン２３は、各パッキン材２３ａ〜２３ｉがそれぞれ後述の側面圧Ｐra〜Ｐri（締め代）をもって弁軸２２の外周面に摺接することにより、弁軸２２と軸挿通穴５Ｂとの間をシールし、例えば弁箱３内を流れる高圧の給水等の流体が軸挿通穴５Ｂを介して外部に漏洩するのを防ぐものである。
【００４７】
２４は支持フレーム５の蓋部５Ａ上に設けられたパッキン締付具で、該パッキン締付具２４は、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に上側の開口端側から挿入され、その下面がグランドパッキン２３のパッキン材２３ａ〜２３ｉのうち最上部に位置するパッキン材２３ａに当接する押え環２４Ａと、パッキン取付穴５Ｃを該押え環２４Ａと共に上側から覆うように蓋部５Ａの上面側に複数の締結ボルト２４Ｂ，２４Ｂ，…を介して着脱可能に配設された押え板２４Ｃとにより構成されている。
【００４８】
そして、パッキン締付具２４の押え板２４Ｃは、パッキン取付穴５Ｃから突出する押え環２４Ａの突出端側に当接し、グランドパッキン２３をパッキン取付穴５Ｃ内に抜止め状態に保持すると共に、グランドパッキン２３のパッキン材２３ａ〜２３ｉに上側から付与する軸方向の締付力を締結ボルト２４Ｂの締込み量等によって調整するものである。
【００４９】
２５はヨーク１６の底部１６Ａと弁軸２２との間に設けられた荷重検出手段としての軸力センサで、該軸力センサ２５は、例えばロードセル、歪みゲージ等を用いて構成され、弁軸２２に付加される荷重（例えば、軸方向の引張り力と圧縮力）を検出するものである。
【００５０】
また、弁体７の開，閉操作を行っているときには、弁軸２２がグランドパッキン２３に対して軸方向に摺動変位するので、このときに軸力センサ２５から出力される検出信号は、グランドパッキン２３の摩擦力である摺動抵抗値Ｆに対応した信号となり、軸力センサ２５の検出信号により摺動抵抗値Ｆを検出することができる。
【００５１】
２６は弁体７の開度を検出する開度検出手段としての開度センサで、該開度センサ２６は、例えば光学式変位センサ等を用いて構成され、弁体７と一体に変位するヨーク１６または可動シェル１１，１２の動きを、支持フレーム５または支持板６（ダイヤフラム１３）に対する相対変位量として検出するものである。なお、図１中の開度センサ２６は、説明の都合上で簡略化した１つの例として可動シェル１１に設けた場合を示したものである。
【００５２】
２７は制御弁１用のポジショナで、該ポジショナ２７は、図４に示すように弁ハウジング２の外側に設けられ、例えばパイロット配管２８、入力側の空気圧配管２９および出力側の空気圧配管３０が接続されている。そして、ポジショナ２７は、例えば空気圧縮機、空気タンク等の圧気源３１から減圧弁３２、入力側の空気圧配管２９を介して供給される圧縮空気の空気量を、パイロット配管２８からのパイロット圧に対応して増減させるように制御し、制御した空気圧を出力側の空気圧配管３０側に供給する。
【００５３】
これにより、ポジショナ２７は、弁体７の開度を後述する指令装置３４からの指令信号（パイロット配管２８からのパイロット圧）に従って図６に示す特性線３３の如く、例えば比例制御するものである。即ち、制御弁１の弁体７は、ポジショナ２７による空気圧の制御により図６に示す特性線３３のように指令信号にほぼ比例して弁開度が可変に制御されるものである。
【００５４】
３４は弁体７の開度を指令する指令信号を出力する指令手段としての指令装置で、該指令装置３４は、例えば４〜２０ｍＡ（ミリアンペア）程度の範囲で電流値が可変に設定される指令信号を後述の電空変換器３５およびコントロールユニット４３等に出力するものである。
【００５５】
３５は指令装置３４からの指令信号をパイロット圧に変換する電空変換器を示し、該電空変換器３５は、圧気源３１から減圧弁３６を介して供給される低圧の空気圧をパイロット配管２８側にパイロット圧として供給し、このときのパイロット圧を指令信号の電流値等に比例して可変に調整するものである。なお、減圧弁３６の設定圧は、減圧弁３２によりも十分に低い（例えば、１／１０以下）圧力に設定されている。
【００５６】
３７は空気圧配管３０からの空気圧を増倍して操作空気圧配管３８側に供給するブースタリレーで、該ブースタリレー３７は、空気圧配管３０からの空気圧を増倍するために分岐配管３９に接続され、該分岐配管３９は空気圧配管２９からの空気圧をブースタリレー３７に補給するものである。
【００５７】
そして、制御弁１の駆動機構８は、操作空気圧配管３８、給排口１５を介してブースタリレー３７側からの増倍された操作空気圧が、図１に示す圧力室１４内へと供給され、圧力室１４が拡縮されることによりヨーク１６、弁軸２２および弁体７を矢示Ａ，Ｂ方向に駆動するものである。
【００５８】
４０，４１，４２はそれぞれ圧力センサを示し、該圧力センサ４０〜４２のうち圧力センサ４０は操作空気圧配管３８内の圧力を検出し、圧力センサ４１は空気圧配管３０内の圧力を検出し、圧力センサ４２はパイロット配管２８内のパイロット圧を検出するものである。
【００５９】
４３はマイクロコンピュータ等によって構成されたコントロールユニットで、該コントロールユニット４３は、図５に示す如く入力側に軸力センサ２５、開度センサ２６、圧力センサ４０，４１，４２および指令装置３４等が接続され、出力側には、ディスプレイ等の表示器４４、印字機としてのプリンタ４５および報知装置４６等が接続されている。
【００６０】
ここで、コントロールユニット４３は、指令装置３４から出力される指令信号と、開度センサ２６から出力される弁体７の開度信号と、軸力センサ２５から出力される軸力信号とを表示器４４の画面上に表示させると共に、これらを必要に応じてプリンタ４５により印字させる。
【００６１】
また、コントロールユニット４３は、図５に示すようにＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部４３Ａを有し、この記憶部４３Ａ内には、制御弁１の故障診断処理プログラムと共に、例えば図７に示すグランドパッキン２３の性能診断処理用のプログラム等が格納されている。
【００６２】
そして、コントロールユニット４３は、制御弁１の故障診断処理プログラム等に従って、例えば軸力センサ２５、開度センサ２６および圧力センサ４０，４１，４２からの検出信号により制御弁１の作動状態が正常であるか、異常であるかを判定（故障診断）し、異常と判定したときには、これを警報ランプ、警報ブザーまたは音声合成装置等からなる報知装置４６を用いて報知するものである。
【００６３】
さらに、コントロールユニット４３は、図７に示すようにグランドパッキン２３の性能診断処理を、例えば軸力センサ２５からの検出信号等に基づいて行う。そして、これらの故障診断、性能診断等の結果は、表示器４４の画面上で適宜に表示されるものである。
【００６４】
本実施の形態による制御弁１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００６５】
まず、指令装置３４から出力される指令信号が、図６に示す信号値Ｓa 以下のときには、図４に示す電空変換器３５からパイロット配管２８に出力されるパイロット圧は、例えば大気圧程度の低圧状態におかれる。
【００６６】
そして、制御弁１のポジショナ２７は、このときのパイロット圧に対応して空気圧配管３０内を大気圧に近い低い圧力状態に設定し、ブースタリレー３７を介した操作空気圧配管３８内の圧力もほぼ大気圧状態に設定される。これにより、駆動機構８のアクチュエータ１０は、圧力室１４内の空気圧が大気圧に近い最小の圧力状態に保持される。
【００６７】
このため、駆動機構８はスプリング９により可動シェル１１，１２およびヨーク１６等が矢示Ａ方向に付勢され、このときの付勢力が軸力センサ２５、弁軸２２を介して弁体７へと伝達されることにより、弁体７は図１に示す如く弁体ガイド４の弁座４Ｂに着座して閉弁状態に保持される。
【００６８】
次に、指令装置３４から出力される指令信号が、図６に示す信号値Ｓa より大きくなると、図４に示す電空変換器３５からパイロット配管２８に出力されるパイロット圧は、指令信号に従って比例的に増大し、例えば大気圧よりも高い圧力状態に設定される。
【００６９】
そして、制御弁１のポジショナ２７は、このときのパイロット圧に対応して空気圧配管３０内を大気圧よりも高い圧力状態に設定し、ブースタリレー３７は空気圧配管３０内の圧力に基づいて空気量を増倍させつつ、倍増した操作空気圧を操作空気圧配管３８、給排口１５を介してアクチュエータ１０の圧力室１４内に供給する。
【００７０】
この結果、アクチュエータ１０は、給排口１５から供給される空気圧に応じて圧力室１４内の容積を増大させ、この圧力室１４内の空気圧により、可動シェル１１，１２をヨーク１６等と共にスプリング９の付勢力に抗して矢示Ｂ方向に押動する。そして、この矢示Ｂ方向の駆動力（押動力）は軸力センサ２５、弁軸２２を介して弁体７へと伝達される。
【００７１】
これによって、弁体７は図２に示す如く弁体ガイド４の弁座４Ｂから離座して開度が増大される。そして、弁体７が開弁した状態では、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて矢示Ｃ方向へと給水が流れ、弁体７の開度に応じて給水の流量が制御される。
【００７２】
また、弁体７の開度は、図６に示す特性線３３に沿って増減するように制御され、指令信号の信号値がＳm まで増大したときには、弁体７が全開状態におかれて最大流量となるものである。
【００７３】
この場合、制御弁１には開度センサ２６が設けられ、該開度センサ２６により弁体７の開度が、指令装置３４からの指令信号にほぼ比例して制御されているか否かを判別することができる。
【００７４】
また、パイロット配管２８内のパイロット圧が指令信号にほぼ比例して制御されているか否かについても、パイロット配管２８の途中に設けた圧力センサ４２により検出することができる。
【００７５】
さらに、空気圧配管３０内の圧力についても圧力センサ４１で検出でき、操作空気圧配管３８内の圧力についても同様に圧力センサ４０で検出できるので、空気圧配管３０、操作空気圧配管３８内の圧力が前記指令信号およびパイロット圧に対応して制御されているか否かを判別することができる。
【００７６】
次に、本実施の形態の特徴であるコントロールユニット４３を用いたグランドパッキン２３の性能診断処理と、パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐra〜Ｐri（締め代）の演算処理について図１ないし図７を参照して説明する。
【００７７】
まず、ヨーク１６の底部１６Ａと弁軸２２との間に設けた荷重検出手段としての軸力センサ２５は、弁軸２２の軸方向に付加される引張り力または圧縮力を検出できる。そして、例えば弁箱３内に流体を流す前の無負荷状態で弁軸２２を図３に示す如く下向きに駆動したときに、軸力センサ２５から出力される検出信号は、グランドパッキン２３と弁軸２２との間に働く無負荷状態での摺動抵抗値（以下、実摺動抵抗値Ｆという）として取出すことができる。
【００７８】
そして、この実摺動抵抗値Ｆは、弁軸２２とグランドパッキン２３との間に発生する摩擦力であるから、実摺動抵抗値Ｆとグランドパッキン２３全体の側面圧（以下、全側面圧ＰR という）との間には、９個のパッキン材２３ａ〜２３ｉと弁軸２２との接触面積（Ｓ×９）、摩擦係数μとしたときに、次の関係が成り立つ。
【００７９】
【数１】
Ｆ＝μ×ＰR ×Ｓ×９
但し、ＰR ＝Ｐra＋Ｐrb＋…＋Ｐrh＋Ｐri
【００８０】
しかし、この場合の全側面圧ＰR は、グランドパッキン２３全体の側面圧であり、パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐra，Ｐrb,…,Ｐriを前記数１の式からは求めることができない。また、パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐra，Ｐrb,…,Ｐriは、後述する面圧伝達係数α等の関係から互いに異なる値となってしまうものである。
【００８１】
また、グランドパッキン２３の各パッキン材２３ａ〜２３ｉには、弁箱３内を流れる流体による流体圧Ｐが図３に示す如く軸挿通穴５Ｂを介して作用する。そして、各パッキン材２３ａ〜２３ｉに作用する流体圧Ｐを反映した側面圧Ｐra〜Ｐriも前記数１式からは求めることができない。
【００８２】
そこで、本実施の形態にあっては、図７に示すグランドパッキン２３の性能診断処理を実行することにより、実摺動抵抗値Ｆと流体圧Ｐとを反映したパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐra〜Ｐri（締め代）を、下記の如く演算して求めるものである。
【００８３】
この場合、図７に示すステップ１では、パッキン材２３ａ〜２３ｉに作用する軸方向面圧を求めるため、軸方向の初期面圧Ｐ1x（ｘ＝a,b,…,i）を下記の数２の式により算定する。
【００８４】
【数２】
Ｐ1a＝１
Ｐ1b＝１×α
Ｐ1c＝１×α２
Ｐ1d＝１×α３
Ｐ1e＝１×α４
Ｐ1f＝１×α５
Ｐ1g＝１×α６
Ｐ1h＝１×α７
Ｐ1i＝１×α８
【００８５】
即ち、前述した摺動抵抗値Ｆによって図３に示す一番上側のパッキン材２３ａに、仮にＰ1a＝１なる軸方向の初期面圧Ｐ1aが作用した場合、二番目のパッキン材２３ｂには、Ｐ1b＝１×αとして面圧伝達係数α（例えば、α＝０．９５）分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1bが作用し、三番目のパッキン材２３ｃには、Ｐ1c＝１×α２として面圧伝達係数α２（例えば、α２＝０．９０２５）分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1cが作用する。
【００８６】
そして、次なるパッキン材２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，…には、それぞれ前記数２の式に示す如く初期面圧Ｐ1d，Ｐ1e，Ｐ1ｆ，…が作用し、一番下側（上から九番目）のパッキン材２３ｉには、Ｐ1i＝１×α８として面圧伝達係数α８（例えば、α８＝０．６６３４２）分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1iが作用する。これらの初期面圧Ｐ1x（Ｐ1a，Ｐ1b，…Ｐ1i）は、下記の表１に示す通りである。
【００８７】
次に、ステップ２では下記の数３式によりパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の応力緩和Ｐ2xを求める。この場合、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に上側から挿入されたグランドパッキン２３のパッキン材２３ａ〜２３ｉは、パッキン締付具２４を用いて締付けた後に時間の経過と共に応力緩和を起こすことが知られている。
【００８８】
そして、この応力緩和Ｐ2xは、パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の種類によって異なり、それぞれの締付け回数によっても異なるものである。本実施の形態では、パッキン材２３ａ〜２３ｉを同一種類とし、締付け回数を１回の一括締めとしているので、その応力残留率βは、例えば、β＝０．８となり、下記の数３の如く応力緩和Ｐ2xは求められる。
【００８９】
【数３】
Ｐ2a＝Ｐ1a×β
Ｐ2b＝Ｐ1b×β
Ｐ2c＝Ｐ1c×β
Ｐ2d＝Ｐ1d×β
Ｐ2e＝Ｐ1e×β
Ｐ2f＝Ｐ1f×β
Ｐ2g＝Ｐ1g×β
Ｐ2h＝Ｐ1h×β
Ｐ2i＝Ｐ1i×β
【００９０】
次に、ステップ３では、一番上側のパッキン材２３ａによる応力緩和Ｐ2aに対するパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の応力緩和Ｐ2xの比率を求めることにより、下記の数４式の如くパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向における面圧係数Ｐ3xを算定する。これにより、グランドパッキン２３全体の中で、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向における面圧比率が、面圧係数Ｐ3xとして算出されるものである。
【００９１】
【数４】
Ｐ3a＝Ｐ2a／Ｐ2a＝１
Ｐ3b＝Ｐ2b／Ｐ2a
Ｐ3c＝Ｐ2c／Ｐ2a
Ｐ3d＝Ｐ2d／Ｐ2a
Ｐ3e＝Ｐ2e／Ｐ2a
Ｐ3f＝Ｐ2f／Ｐ2a
Ｐ3g＝Ｐ2g／Ｐ2a
Ｐ3h＝Ｐ2h／Ｐ2a
Ｐ3i＝Ｐ2i／Ｐ2a
【００９２】
次に、ステップ４では、パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向における面圧係数Ｐ3xをベースとした各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の仮想摺動抵抗値Ｆ1xを、下記の数５式、具体的には数６式により求める。
【００９３】
この場合の仮想摺動抵抗値Ｆ1xも、前記数１の式と同様に弁軸２２とパッキン材２３ｘ（ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，…，ｉ）との間に発生する摩擦力として求められ、側面圧係数Ｋは、Ｋ＝（径方向の側面圧）／（軸方向の面圧）として求められる。そして、この場合のパッキン材２３ａ〜２３ｉは、同一種類のパッキンであるので、側面圧係数Ｋは一定値（例えば、Ｋ＝０．８）となる。
【００９４】
【数５】
Ｆ1x＝μ×Ｋ×Ｐ3x×Ｓ
【００９５】
【数６】
Ｆ1a＝μ×Ｋ×Ｐ3a×Ｓ
Ｆ1b＝μ×Ｋ×Ｐ3b×Ｓ
Ｆ1c＝μ×Ｋ×Ｐ3c×Ｓ
Ｆ1d＝μ×Ｋ×Ｐ3d×Ｓ
Ｆ1e＝μ×Ｋ×Ｐ3e×Ｓ
Ｆ1f＝μ×Ｋ×Ｐ3f×Ｓ
Ｆ1g＝μ×Ｋ×Ｐ3g×Ｓ
Ｆ1h＝μ×Ｋ×Ｐ3h×Ｓ
Ｆ1i＝μ×Ｋ×Ｐ3i×Ｓ
【００９６】
なお、弁軸２２と各パッキン材２３ａ〜２３ｉとの接触面積Ｓは、各パッキン材２３ａ〜２３ｉの内径を、例えば４０ｍｍ、軸方向の厚さ寸法を１０ｍｍとしたときに、Ｓ≒１２５７ｍｍ２ となり、μ×Ｋ＝０．０１とした場合にパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向における仮想摺動抵抗値Ｆ1x（Ｆ1a，Ｆ1b，Ｆ1c，…，Ｆ1i）は、それぞれ下記の表１に示す如く算定されるものである。
【００９７】
次に、ステップ５では、パッキン材２３ａ〜２３ｉの仮想摺動抵抗値Ｆ1xを合計した合計値Ｆt を、下記の数７式により求める。この場合、下記の表１に示す如く合計値Ｆt は、例えばＦt ＝９２．９３として算定されるものである。
【００９８】
【数７】
Ｆt ＝ΣＦ1x＝Ｆ1a＋Ｆ1b＋Ｆ1c＋…＋Ｆ1i
【００９９】
次に、ステップ６では、実摺動抵抗値Ｆを仮想摺動抵抗値Ｆ1xに従って、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の摺動抵抗値として振分けるため、下記の数８式による実摺動抵抗値Ｆの振分け値Ｆ2xを求める。これにより、実摺動抵抗値Ｆを、例えばＦ＝２０００Ｎ（ニュートン）とした場合に、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の振分け値Ｆ2x（Ｆ2a，Ｆ2b，Ｆ2c，…，Ｆ2i）は、下記の表１の如く算定される。
【０１００】
【数８】
Ｆ2x＝（Ｆ／Ｆt ）×Ｆ1x
但し、ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，…，ｉ
【０１０１】
次に、ステップ７では、実摺動抵抗値Ｆの振分け値Ｆ2xに従って、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向面圧Ｐ4xを、前記数５の式で示した摩擦力の関係から下記の数９式により求める。これにより、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向面圧Ｐ4x（Ｐ4a，Ｐ4b，Ｐ4c，…，Ｐ4i）は、表１の如く算定される。
【０１０２】
【数９】
Ｐ4x＝Ｆ2x／（μ×Ｋ×Ｓ）
【０１０３】
次に、ステップ８においては、図３に示す如く支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に装着されたパッキン材２３ａ〜２３ｉに対し流体圧Ｐ（設計上の最高圧）による流体力が、一番下側のパッキン材２３ｉから順次上側に向けてパッキン材２３ｇ，２３ｆ，２３ｅ，…２３ａへと作用する場合の流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xを、下記の数１０式により求める。
【０１０４】
【数１０】
Ｐ5a＝Ｐ×α９
Ｐ5b＝Ｐ×α８
Ｐ5c＝Ｐ×α７
Ｐ5d＝Ｐ×α６
Ｐ5e＝Ｐ×α５
Ｐ5f＝Ｐ×α４
Ｐ5g＝Ｐ×α３
Ｐ5h＝Ｐ×α２
Ｐ5i＝Ｐ×α
【０１０５】
即ち、図３に示す一番下側のパッキン材２３ｉには、流体圧Ｐ（例えば、Ｐ＝１０ＭＰa )が面圧伝達係数α（例えば、α＝０．９５）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5iが作用し、下から二番目のパッキン材２３ｈには、Ｐ5h＝Ｐ×α２として面圧伝達係数α２（例えば、α２＝０．９０３）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5hが作用する。
【０１０６】
そして、次なるパッキン材２３ｇ，２３ｆ，２３ｅ，…には、それぞれ前記数１０の式に示す如く軸方向面圧Ｐ5g，Ｐ5f，Ｐ5e，…が作用し、一番上側（下から九番目）のパッキン材２３ａには、Ｐ5a＝Ｐ×α９として面圧伝達係数α９（例えば、α９＝０．６３０）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5aが作用する。そして、これらの流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5x（Ｐ5a，Ｐ5b，…Ｐ5i）は、下記の表１に示す通りである。
【０１０７】
次に、ステップ９では、流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xと実摺動抵抗値Ｆによる軸方向面圧Ｐ4xとを合計した軸方向の合計面圧Ｐ6xを、下記の数１１式により算定する。
【０１０８】
【数１１】
Ｐ6x＝Ｐ4x＋Ｐ5x
【０１０９】
この場合に、実摺動抵抗値Ｆによる軸方向面圧Ｐ4xの圧力単位（Ｎ／ｍｍ２ ）と流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xの圧力単位（ＭＰa ）とは互いに等しい単位であり、１ＭＰa ＝１Ｎ／ｍｍ２ なる関係にあるので、軸方向の合計面圧Ｐ6x（Ｐ6a，Ｐ6b，…，Ｐ6i）は、それぞれ表１の如く求められる。
【０１１０】
次に、ステップ１０では、前述した側面圧係数Ｋ（例えば、Ｋ＝０．８）を合計面圧Ｐ6xに乗算することにより、Ｋ＝（径方向の側面圧）／（軸方向の面圧）なる関係からパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の締め代となる径方向の側面圧Ｐrxを下記の数１２式により算定する。そして、これらの側面圧Ｐrx（Ｐra，Ｐrb，…，Ｐri）は表１の如く求められるものである。
【０１１１】
【数１２】
Ｐrx＝Ｋ×Ｐ6x
【０１１２】
次に、ステップ１１では、前述した流体圧Ｐとパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐrx（Ｐra，Ｐrb，…，Ｐri）とを比較し、下記の数１３式によるシール度Ｊx （比較結果）が１．０以上であるか否かにより各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の漏洩判定を行う。
【０１１３】
【数１３】
Ｊx ＝Ｐrx／Ｐ
【０１１４】
そして、これらのシール度Ｊx （Ｊa ,Ｊb ,Ｊc ,…,Ｊi ）は、表１に示す如く全て１．０以上となっているので、流体圧Ｐの漏洩を全てのパッキン材２３ａ〜２３ｉで防止できると判定し得る。
【０１１５】
しかし、この場合のグランドパッキン２３は、パッキン材２３ａ〜２３ｉを一括締めしているため、流体圧Ｐが作用する前の段階での面圧値、即ち軸方向面圧Ｐ4xを応力残留率β（例えば、β＝０．８）で割った面圧値Ｐmx（例えば、Ｐmx＝Ｐ4x／０．８）が、各パッキン材２３ａ〜２３ｉの成形面圧Ｐms（例えば、Ｐms＝３０Ｎ／ｍｍ２ ）以上であるか否かが問題となる。
【０１１６】
また、履歴最高面圧（この場合は、合計面圧Ｐ6x）が、前記成形面圧Ｐmsよりも大きいか否かが問題となる。しかし、成形面圧Ｐmsが、Ｐms＝３０Ｎ／ｍｍ２の場合には、前述した面圧値Ｐmx（Ｐmx＝Ｐ4x／０．８）と履歴最高面圧（合計面圧Ｐ6x）が、成形面圧Ｐmsよりも小さくなっている。このため、弁軸２２とパッキン材２３ａ〜２３ｉとの間には微小隙間が生じている可能性がある。
【０１１７】
そこで、この場合には、パッキン締付具２４を用いてグランドパッキン２３の各パッキン材２３ａ〜２３ｉに対する締付力を増大させ、各パッキン材２３ａ〜２３ｉの撓み量（圧縮変形量）を大きくすべきことを、例えば図５に示す表示器４４、報知装置４６等を用いてメンテナンス作業者に知らせるものである。
【０１１８】
【表１】
【０１１９】
かくして、本実施の形態によれば、弁箱３内に流体を流す前の無負荷状態で弁軸２２を駆動したときに軸力センサ２５から出力される検出信号により、グランドパッキン２３と弁軸２２との間に働く無負荷状態での実摺動抵抗値Ｆを取出すことができ、この実摺動抵抗値Ｆを用いて前述した数１〜１２式の如く各パッキン材２３ａ〜２３ｉの側面圧Ｐrx（弁軸２２に対する締め代）を、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎に演算して求めることができる。
【０１２０】
そして、このようにして求めたグランドパッキン２３（各パッキン材２３ａ〜２３ｉ）の側面圧Ｐrxを、弁箱３内を流れる流体圧Ｐ（設計上の最高圧）と比較することにより、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の締め代が適正であるか否か、即ち締め代が大き過ぎないか、小さ過ぎないか等をシール性能として判別することができる。
【０１２１】
特に、弁箱３内に給水等の流体を流す前の段階で、軸力センサ２５による検出信号からグランドパッキン２３と弁軸２２との間の実摺動抵抗値Ｆを求めることにより、この実摺動抵抗値Ｆに従って各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向面圧Ｐ4xを算定することができる。
【０１２２】
また、弁箱３内を流れる流体圧Ｐ（設計上の最高圧）を取込むことにより、この流体圧Ｐに基づいたパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向面圧Ｐ5xも算定することができ、これらの２つの軸方向面圧Ｐ4x，Ｐ5xを加算して軸方向の合計面圧Ｐ6xを算定できる。
【０１２３】
そして、グランドパッキン２３のパッキン材２３ａ〜２３ｉは、軸方向の面圧に対する径方向面圧の関係が、例えば側面圧係数Ｋ（例えば、Ｋ＝０．８）として予め決められているので、前記合計面圧Ｐ6xと側面圧係数Ｋを掛け算（乗算）することにより、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐrx（締め代）を算出することができる。
【０１２４】
これにより、弁軸２２の軸方向に互いに重合わせて配置された複数個のパッキン材２３ａ〜２３ｉのうち、いずれのパッキン材がどの程度の側面圧（締め代）を有しているかを個別に知ることができ、これらのパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎に流体の漏洩が有るか否かを判別することができる。
【０１２５】
また、このような各パッキン材２３ａ〜２３ｉのシール性能を個別に診断、判別することにより、パッキン締付具２４を用いたグランドパッキン２３に対する締付方法、例えば前述した一括締めまたは複数回にわたる分割締め等を適宜に選択したり、軸方向の締付力を可変に調整したりすることができる。
【０１２６】
また、パッキン材２３ａ〜２３ｉの種類を必要に応じて、例えば後述する第２の実施の形態の如く変更することも可能であり、前述した一括締めまたは分割締め等と適宜に組合わせることにより、各パッキン２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐrxを、適正な締め代となるように容易に調節することができる。
【０１２７】
従って、本実施の形態によれば、軸力センサ２５を用いて弁軸２２とグランドパッキン２３との間に発生する実摺動抵抗値Ｆ、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の締め代となる側面圧Ｐrxを求めることにより、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の締め代が適正であるか否か等のシール性能を迅速に判別することができ、グランドパッキン２３に対する締付力の調整作業等を容易に行うことができる。
【０１２８】
次に、図８は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１２９】
しかし、本実施の形態の特徴は、グランドパッキン５１を、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に互いに重合わせて装着された合計９個のパッキン材５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈ，５１ｉを用いて構成し、これらのパッキン材５１ａ〜５１ｉのうち、上側から２個のパッキン材５１ａ，５１ｂと下側から２個のパッキン材５１ｈ，５１ｉを、残余のパッキン材５１ｃ〜５１ｇとは異なる種類のパッキン材により構成している。
【０１３０】
ここで、パッキン材５１ａ，５１ｂ，５１ｈ，５１ｉは、下記の表２に示すように第１種類のパッキン材が用いられ、例えば面圧伝達係数α1 は、α1 ＝０．９５となり、側面圧係数Ｋ1 は、Ｋ1 ＝０．８となっている。そして、応力残留率β12，β13，β14は、下記の値にそれぞれ設定されているものである。
【０１３１】
また、残余のパッキン材５１ｃ〜５１ｇは、下記の表２に示すように第２種類のパッキン材が用いられ、例えば面圧伝達係数α2 は、α2 ＝０．９となり、側面圧係数Ｋ2 は、Ｋ２ ＝０．８となっている。そして、応力残留率β22，β23，β24は、下記の値にそれぞれ設定されているものである。
【０１３２】
【表２】
【０１３３】
また、本実施の形態で採用したグランドパッキン５１は、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に互いに重合わせて装着されるときに分割締めが施され、パッキン材５１ａ〜５１ｉのうち上側の３個のパッキン材５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、締付け回数が２回（応力残留率２回に相当）となっている。
【０１３４】
そして、その下側の３個のパッキン材５１ｄ，５１ｅ，５１ｆは、締付け回数が３回（応力残留率３回に相当）となり、さらに下側の３個のパッキン材５１ｇ，５１ｈ，５１ｉは、締付け回数が４回（応力残留率４回に相当）となっているものである。
【０１３５】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様に、図７に例示したグランドパッキンの性能診断処理を実行することにより、実摺動抵抗値Ｆと流体圧Ｐとを反映したパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の側面圧Ｐra〜Ｐri（締め代）を、下記の如く演算して求めることができる。
【０１３６】
この場合、パッキン材５１ａ〜５１ｉに作用する軸方向面圧を求めるため、軸方向の初期面圧Ｐ1x（ｘ＝a,b,…,i）を下記の数１４の式により算定する（図７中のステップ１に相当）。
【０１３７】
【数１４】
Ｐ1a＝１
Ｐ1b＝Ｐ1a×α1
Ｐ1c＝Ｐ1b×α2
Ｐ1d＝Ｐ1c×α2
Ｐ1e＝Ｐ1d×α2
Ｐ1f＝Ｐ1e×α2
Ｐ1g＝Ｐ1f×α2
Ｐ1h＝Ｐ1g×α1
Ｐ1i＝Ｐ1h×α1
【０１３８】
即ち、前述した摺動抵抗値Ｆによって図８に示す一番上側のパッキン材５１ａに、仮にＰ1a＝１なる軸方向の初期面圧Ｐ1aが作用した場合、上から二番目のパッキン材５１ｂには、Ｐ1b＝１×α1 として面圧伝達係数α1 （α1 ＝０．９５）分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1bが作用する。
【０１３９】
また、上から三番目のパッキン材５１ｃは第２種類であるため、このパッキン材５１ｃには、Ｐ1c＝Ｐ1b×α2 として面圧伝達係数α2 （α2 ＝０．９）分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1cが作用する。そして、次なるパッキン材５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇも第２種類であるため、前記数１４の式に示す如くそれぞれ面圧伝達係数α2 分だけ漸次減少した軸方向の初期面圧Ｐ1d，Ｐ1e，Ｐ1ｆ，Ｐ1gが作用する。
【０１４０】
一方、一番下から二番目のパッキン材５１ｈは第一種類であるため、このパッキン材５１ｈには、Ｐ1h＝Ｐ1g×α1 として面圧伝達係数α1 分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1hが作用し、一番下側（上から九番目）のパッキン材５１ｉには、Ｐ1i＝Ｐ1h×α1 として面圧伝達係数α1 分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1iが作用する。これらの初期面圧Ｐ1x（Ｐ1a，Ｐ1b，…Ｐ1i）は、下記の表３に示す通りである。
【０１４１】
次に、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に上側から挿入されたグランドパッキン５１のパッキン材５１ａ〜５１ｉは、パッキン締付具２４を用いて締付けた後に時間の経過と共に応力緩和を起こす。そして、この応力緩和Ｐ2xは、パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の種類によって異なり、それぞれの締付け回数によっても異なる。
【０１４２】
そこで、下記の数１５式によりパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の応力緩和Ｐ2xを求める（図７中のステップ２に相当）。この場合、パッキン材５１ａ〜５１ｉのうち上側から２個のパッキン材５１ａ，５１ｂと下側から２個のパッキン材５１ｈ，５１ｉは、第１種類を用い、残余のパッキン材５１ｃ〜５１ｇは第２種類のパッキン材により構成している。
【０１４３】
そして、パッキン材５１ａ〜５１ｉのうち上側の３個のパッキン材５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、締付け回数が２回（応力残留率２回）となり、その下側の３個のパッキン材５１ｄ，５１ｅ，５１ｆは、締付け回数が３回（応力残留率３回）となり、さらに下側の３個のパッキン材５１ｇ，５１ｈ，５１ｉは、締付け回数が４回（応力残留率４回）となっている。
【０１４４】
このため、パッキン材５１ａ，５１ｂは、上記表２に示す如く応力残留率β12となり、パッキン材５１ｃは応力残留率β22となり、パッキン材５１ｄ〜５１ｆは応力残留率β23となる。また、パッキン材５１ｇは応力残留率β24となり、パッキン材５１ｈ，５１ｉは応力残留率β14となる。
【０１４５】
これにより、これらのパッキン材５１ａ〜５１ｉの応力緩和Ｐ2x（Ｐ2a，Ｐ2b，…Ｐ2i）は、数１５式により求められ、それぞれ下記の表３に示す如く算定されるものである。
【０１４６】
【数１５】
Ｐ2a＝Ｐ1a×β12
Ｐ2b＝Ｐ1b×β12
Ｐ2c＝Ｐ1c×β22
Ｐ2d＝Ｐ1d×β23
Ｐ2e＝Ｐ1e×β23
Ｐ2f＝Ｐ1f×β23
Ｐ2g＝Ｐ1g×β24
Ｐ2h＝Ｐ1h×β14
Ｐ2i＝Ｐ1i×β14
【０１４７】
次に、一番上側のパッキン材５１ａによる応力緩和Ｐ2aに対するパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の応力緩和Ｐ2xの比率を求めることにより、下記の数１６式の如くパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向における面圧係数Ｐ3x（Ｐ3a，Ｐ3b，…Ｐ3i）を算定する（図７中のステップ３に相当）。これにより、グランドパッキン５１全体の中で、パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向における面圧比率が、面圧係数Ｐ3xとして下記の表３の如く算出されるものである。
【０１４８】
【数１６】
Ｐ3a＝Ｐ2a／Ｐ2a＝１
Ｐ3b＝Ｐ2b／Ｐ2a
Ｐ3c＝Ｐ2c／Ｐ2a
Ｐ3d＝Ｐ2d／Ｐ2a
Ｐ3e＝Ｐ2e／Ｐ2a
Ｐ3f＝Ｐ2f／Ｐ2a
Ｐ3g＝Ｐ2g／Ｐ2a
Ｐ3h＝Ｐ2h／Ｐ2a
Ｐ3i＝Ｐ2i／Ｐ2a
【０１４９】
次に、パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向における面圧係数Ｐ3xをベースとした各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の仮想摺動抵抗値Ｆ1xを、下記の数１７式により求める（図７中のステップ４）。
【０１５０】
この場合、パッキン材５１ａ〜５１ｉのうちパッキン材５１ａ，５１ｂ，５１ｈ，５１ｉは、上記の表２に示すように第１種類のパッキン材が用いられ、側面圧係数Ｋ1 となっている。そして、残りのパッキン材５１ｃ〜５１ｇは、第２種類のパッキン材が用いられ、側面圧係数Ｋ2 となっている。
【０１５１】
【数１７】
Ｆ1a＝μ×Ｋ1 ×Ｐ3a×Ｓ
Ｆ1b＝μ×Ｋ1 ×Ｐ3b×Ｓ
Ｆ1c＝μ×Ｋ2 ×Ｐ3c×Ｓ
Ｆ1d＝μ×Ｋ2 ×Ｐ3d×Ｓ
Ｆ1e＝μ×Ｋ2 ×Ｐ3e×Ｓ
Ｆ1f＝μ×Ｋ2 ×Ｐ3f×Ｓ
Ｆ1g＝μ×Ｋ2 ×Ｐ3g×Ｓ
Ｆ1h＝μ×Ｋ1 ×Ｐ3h×Ｓ
Ｆ1i＝μ×Ｋ1 ×Ｐ3i×Ｓ
【０１５２】
なお、弁軸２２と各パッキン材５１ａ〜５１ｉとの接触面積Ｓは、各パッキン材５１ａ〜５１ｉの内径を、例えば４０ｍｍ、軸方向の厚さ寸法を１０ｍｍとしたときに、Ｓ≒１２５７ｍｍ２ となり、μ×Ｋ1 ＝０．０１、μ×Ｋ2 ＝０．０２とした場合に、パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向における仮想摺動抵抗値Ｆ1x（Ｆ1a，Ｆ1b，Ｆ1c，…，Ｆ1i）は、それぞれ下記の表３に示す如く算定されるものである。
【０１５３】
次に、パッキン材５１ａ〜５１ｉの仮想摺動抵抗値Ｆ1xを合計した合計値Ｆt を、下記の数１８式により求める（図７中のステップ５）。この場合、下記の表３に示す如く合計値Ｆt は、例えばＦt ＝５９５．１６として算定されるものである。
【０１５４】
【数１８】
Ｆt ＝ΣＦ1x＝Ｆ1a＋Ｆ1b＋Ｆ1c＋…＋Ｆ1i
【０１５５】
次に、実摺動抵抗値Ｆを仮想摺動抵抗値Ｆ1xに従って、各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の摺動抵抗値として振分けるため、下記の数１９式による実摺動抵抗値Ｆの振分け値Ｆ2xを求める（図７中のステップ６）。これにより、実摺動抵抗値Ｆを、例えばＦ＝２０００Ｎ（ニュートン）とした場合に、各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の振分け値Ｆ2x（Ｆ2a，Ｆ2b，Ｆ2c，…，Ｆ2i）は、下記の表３の如く算定される。
【０１５６】
【数１９】
Ｆ2x＝（Ｆ／Ｆt ）×Ｆ1x
但し、ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，…，ｉ
【０１５７】
次に、実摺動抵抗値Ｆの振分け値Ｆ2xに従って、各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向面圧Ｐ4xを、前記数１７の式で示した摩擦力の関係から下記の数２０式により求める（図７中のステップ７）。これにより、各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向面圧Ｐ4x（Ｐ4a，Ｐ4b，Ｐ4c，…，Ｐ4i）は、表３の如く算定される。
【０１５８】
【数２０】
Ｐ4a＝Ｆ2a／（μ×Ｋ1 ×Ｓ）
Ｐ4b＝Ｆ2b／（μ×Ｋ1 ×Ｓ）
Ｐ4c＝Ｆ2c／（μ×Ｋ2 ×Ｓ）
Ｐ4d＝Ｆ2d／（μ×Ｋ2 ×Ｓ）
Ｐ4e＝Ｆ2e／（μ×Ｋ2 ×Ｓ）
Ｐ4f＝Ｆ2f／（μ×Ｋ2 ×Ｓ）
Ｐ4g＝Ｆ2g／（μ×Ｋ2 ×Ｓ）
Ｐ4h＝Ｆ2h／（μ×Ｋ1 ×Ｓ）
Ｐ4i＝Ｆ2i／（μ×Ｋ1 ×Ｓ）
【０１５９】
次に、図８に示す如く支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に装着されたパッキン材５１ａ〜５１ｉに対し流体圧Ｐ（設計上の最高圧）による流体力が、一番下側のパッキン材５１ｉから順次上側に向けてパッキン材５１ｇ，５１ｆ，５１ｅ，…５１ａへと作用する場合の流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xを、下記の数２１式により求める（図７中のステップ８）。
【０１６０】
【数２１】
Ｐ5a＝Ｐ×α1４×α2５
Ｐ5b＝Ｐ×α1３×α2５
Ｐ5c＝Ｐ×α1２×α2５
Ｐ5d＝Ｐ×α1２×α2４
Ｐ5e＝Ｐ×α1２×α2３
Ｐ5f＝Ｐ×α1２×α2２
Ｐ5g＝Ｐ×α1２×α2
Ｐ5h＝Ｐ×α1２
Ｐ5i＝Ｐ×α1
【０１６１】
即ち、図８に示す一番下側のパッキン材５１ｉには、流体圧Ｐ（例えば、Ｐ＝１０ＭＰa )が面圧伝達係数α1 （α1 ＝０．９５）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5iが作用し、下から二番目のパッキン材５１ｈには、Ｐ5h＝Ｐ×α２として面圧伝達係数α1２（α1２＝０．９０３）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5hが作用する。
【０１６２】
そして、次なるパッキン材５１ｇ，５１ｆ，５１ｅ，…には、それぞれ前記数２１の式に示す如く面圧伝達係数α2 （α2 ＝０．９）分だけ漸次減少した軸方向面圧Ｐ5g，Ｐ5f，Ｐ5e，…が作用し、一番上側（下から九番目）のパッキン材５１ａには、Ｐ5a＝Ｐ×α1４×α2５として面圧伝達係数（α1４×α2５）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5aが作用する。これらの流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5x（Ｐ5a，Ｐ5b，…Ｐ5i）は、下記の表３に示す通りである。
【０１６３】
次に、流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xと実摺動抵抗値Ｆによる軸方向面圧Ｐ4xとを合計した軸方向の合計面圧Ｐ6xを、下記の数２２式により算定する（図７中のステップ９）。
【０１６４】
【数２２】
Ｐ6x＝Ｐ4x＋Ｐ5x
【０１６５】
この場合に、実摺動抵抗値Ｆによる軸方向面圧Ｐ4xの圧力単位（Ｎ／ｍｍ２ ）と流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xの圧力単位（ＭＰa ）とは互いに等しい単位であり、１ＭＰa ＝１Ｎ／ｍｍ２ なる関係にあるので、軸方向の合計面圧Ｐ6x（Ｐ6a，Ｐ6b，…，Ｐ6i）は、それぞれ表３の如く求められる。
【０１６６】
次に、前述した側面圧係数Ｋ1 ，Ｋ2 を合計面圧Ｐ6xに乗算することにより、Ｋ＝（径方向の側面圧）／（軸方向の面圧）なる関係からパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の締め代となる径方向の側面圧Ｐrxを下記の数２３式により算定する。そして、これらの側面圧Ｐrx（Ｐra，Ｐrb，…，Ｐri）は表３の如く求められるものである（図７中のステップ１０）。
【０１６７】
【数２３】
Ｐra＝Ｋ1 ×Ｐ6a
Ｐrb＝Ｋ1 ×Ｐ6b
Ｐrc＝Ｋ2 ×Ｐ6c
Ｐrd＝Ｋ2 ×Ｐ6d
Ｐre＝Ｋ2 ×Ｐ6e
Ｐrf＝Ｋ2 ×Ｐ6f
Ｐrg＝Ｋ2 ×Ｐ6g
Ｐrh＝Ｋ1 ×Ｐ6h
Ｐri＝Ｋ1 ×Ｐ6i
【０１６８】
次に、前述した流体圧Ｐとパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の側面圧Ｐrx（Ｐra，Ｐrb，…，Ｐri）とを比較し、下記の数２４式によるシール度Ｊx （比較結果）が１．０以上であるか否かにより各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の漏洩判定を行う（図７中のステップ１１）。
【０１６９】
【数２４】
Ｊx ＝Ｐrx／Ｐ
【０１７０】
そして、パッキン材５１ａ〜５１ｉのシール度Ｊx （Ｊa ,Ｊb ,Ｊc ,…,Ｊi ）のうちパッキン材５１a，５１ｂのシール度Ｊa ,Ｊb は、表３に示す如く１．０より小さくなっている。しかし、パッキン材５１ｃ，５１ｄ，…，５１ｉのシール度Ｊc ,Ｊd ,…,Ｊi は、表３に示す如く全て１．０以上となっているので、流体圧Ｐの漏洩をパッキン材５１ｃ〜５１ｉにより防止できると判定し得る。
【０１７１】
また、パッキン材５１ａ，５１ｂについても、シール度Ｊa ,Ｊb を１．０以上とする場合には、パッキン締付具２４を用いてグランドパッキン５１の各パッキン材５１ａ，５１ｂ（パッキン材５１ｃ〜５１ｉを含む）に対する締付力を増大させ、各パッキン材５１ａ〜５１ｉの撓み量（圧縮変形量）を大きくすべきことを、例えば図５に示す表示器４４、報知装置４６等を用いてメンテナンス作業者に知らせることができる。
【０１７２】
【表３】
【０１７３】
なお、前記実施の形態では、図７に示すステップ１〜１０が、本発明の特徴事項である側面圧演算手段の具体例であり、図７に示すステップ１１が性能判別手段の具体例を示すものである。
【０１７４】
また、前記実施の形態では、グランドパッキン２３（５１）を合計９個のパッキン材２３ａ〜２３ｉ（５１ａ〜５１ｉ）により構成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば８個以下または１０個以上のパッキン材を用いてグランドパッキンを構成してもよい。
【０１７５】
また、第１の実施の形態では、グランドパッキン２３のパッキン材２３ａ〜２３ｉを一括締めする場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第２の実施の形態で述べたように、パッキン材を分割締めする構成としてもよい。一方、第２の実施の形態で述べたパッキン材５１ａ〜５１ｉについても、分割締めに限らず、一括締めする構成としてもよいものである。
【０１７６】
また、前記実施の形態では、原子力発電所等で用いる制御弁１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば石油化学コンビナート、化学プラントまたは精油所で用いる制御弁等、種々の流体の流れを制御する制御弁に対しても適用でき、グランドパッキンのシール性能等の診断を早期に行うことができるものである。
【０１７７】
一方、前記実施の形態では、スプリング９により弁体７を閉弁方向に付勢する形式の制御弁１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば空気圧等の気体圧を用いて弁体を閉弁方向に駆動し、弁体を開弁させるときには気体圧を下げてスプリングにより弁体を開弁方向に付勢する形式の制御弁に適用してもよい。
【０１７８】
また、前記実施の形態では、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて矢示Ｃ方向へと給水が流れる制御弁１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２に示す矢示Ｃ方向とは逆向きに流体が流れる構成としてもよいものである。
【０１７９】
さらに、前記実施の形態では、ばね受１８および緩止めナット１９等を用いてスプリング９の付勢力を可変に調節するものとして述べたが、必ずしもスプリングの付勢力を調節可能な構成とする必要はないものである。
【０１８０】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１に記載の発明によれば、グランドパッキンの性能診断装置は、荷重検出手段、側面圧演算手段および性能判別手段を備える構成としているので、例えば弁体の開度を可変に制御している間に、弁軸に付加される軸方向の荷重を荷重検出手段により検出でき、このときの検出信号からグランドパッキンと弁軸との間に働く摺動抵抗値を求めることができる。そして、側面圧演算手段は、この摺動抵抗値から弁軸に対するグランドパッキンの締め代を側面圧として演算でき、性能判別手段は、演算により求めたグランドパッキンの側面圧からグランドパッキンの締め代が適正であるか否か等をシール性能として判別することができる。そして、グランドパッキンの締め代が適正でない場合には、グランドパッキンに対する締付力の調整作業等を容易に行うことができる。
【０１８１】
また、請求項２に記載の発明によると、側面圧演算手段は、流体の流体圧により弁軸の軸方向でグランドパッキンに付加される軸方向面圧と摺動抵抗値による前記グランドパッキンの軸方向面圧とを加算して軸方向の合計面圧を演算し、この合計面圧から前記グランドパッキンの径方向面圧を側面圧として演算により求める構成としているので、弁ハウジングの流入口、流出口間に流体を流す前の段階で、荷重検出手段による荷重検出信号からグランドパッキンと弁軸との間の摺動抵抗値を求めることにより、この摺動抵抗値に従ってグランドパッキンの軸方向に働く軸方向面圧を算定することができる。
【０１８２】
また、例えば弁ハウジング内を流れる流体の圧力を予め設計値として取込むことにより、この流体圧に従ってグランドパッキンの軸方向に働く軸方向面圧も算定することができ、これらの２つの軸方向面圧を加算して軸方向の合計面圧を算定できる。そして、グランドパッキンは軸方向の面圧に対する径方向面圧の関係が、例えば側面圧係数として求められているので、前記合計面圧と側面圧係数を掛け算（乗算）することにより、グランドパッキンの径方向面圧を側面圧（締め代）として算出することができる。
【０１８３】
また、請求項３に記載の発明によると、性能判別手段は、弁ハウジング内を流れる流体の流体圧とグランドパッキンの側面圧とを比較し、この比較結果により流体の漏洩の有無を判別する構成としているので、性能判別手段は流体の流体圧とグランドパッキンの側面圧とを比較し、例えば側面圧の方が流体圧よりも大きいときには、グランドパッキンによって流体の漏洩を阻止できると判別でき、逆に側面圧が流体圧より小さいときには漏洩の可能性があると判別することができる。
【０１８４】
また、請求項４に記載の発明によると、グランドパッキンは、弁ハウジングと弁軸との間で該弁軸の軸方向に互いに重合わせて配置される複数個のパッキン材からなり、側面圧演算手段は該各パッキン材毎に側面圧を演算し、性能判別手段は前記各パッキン材毎に前記側面圧と流体圧とを比較して流体の漏洩の有無を判別する構成としているので、複数個のパッキン材のうちいずれのパッキン材がどの程度の側面圧（締め代）を有しているかを個別に知ることができ、性能判別手段はこれらのパッキン材毎に流体の漏洩が有るか否かを容易に判別することができる。
【０１８５】
さらに、請求項５に記載の発明によると、弁ハウジングには、軸挿通穴、パッキン取付穴およびパッキン締付具を設け、該パッキン締付具は、性能判別手段によるグランドパッキンの性能判別結果に応じて締付力を可変に調整する構成としているので、性能判別手段によるグランドパッキンの性能判別結果に従ってグランドパッキンに対する軸方向の締付力をパッキン締付具により可変に調整でき、これによってグランドパッキンの側面圧を適正な締め代となるように容易に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるグランドパッキンの性能診断装置が設けられた制御弁の閉弁状態を示す縦断面図である。
【図２】図１の制御弁を開弁した状態で示す部分拡大断面図である。
【図３】図１の弁軸とグランドパッキンとを拡大して示す要部断面図である。
【図４】図１に示す制御弁の制御回路図である。
【図５】図１中の制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置を示す制御ブロック図である。
【図６】指令信号と制御弁の弁開度との関係を示す特性線図である。
【図７】グランドパッキンの性能診断処理を示す流れ図である。
【図８】第２の実施の形態によるグランドパッキンを弁軸等と共に拡大して示す要部断面図である。
【符号の説明】
１ 制御弁
２ 弁ハウジング
３ 弁箱
３Ａ 流入口
３Ｂ 流出口
４ 弁体ガイド
４Ａ 摺動面
４Ｂ 弁座
５ 支持フレーム
５Ｂ 軸挿通穴
５Ｃ パッキン取付穴
６ 支持板
７ 弁体
８ 駆動機構（弁駆動手段）
９ スプリング
１０ アクチュエータ
１１，１２ 可動シェル
１３ ダイヤフラム
１４ 圧力室
１６ ヨーク（駆動力伝達手段）
２２ 弁軸
２３，５１ グランドパッキン
２３ａ〜２３ｉ，５１ａ〜５１ｉ パッキン材
２４ パッキン締付具
２５ 軸力センサ（荷重検出手段）
２６ 開度センサ（開度検出手段）
２７ ポジショナ
２８ パイロット配管
２９，３０ 空気圧配管
３１ 圧気源
３２，３６ 減圧弁
３４ 指令装置（指令手段）
３５ 電空変換器
３７ ブースタリレー
３８ 操作空気圧配管
４０，４１，４２ 圧力センサ
４３ コントロールユニット
４４ 表示器
４６ 報知装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば流体の流れを制御する種々の制御弁にシール部材として用いられるグランドパッキンの性能診断装置に関し、特に、弁軸に付加される軸方向荷重に基づいてグランドパッキンのシール性能を診断するようにした制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、火力発電所、原子力発電所等においては、複数の制御弁を用いて作動流体（例えば、蒸気または高温の水等）の流量制御を行うと共に、その圧力制御等も行う構成としている。
【０００３】
そして、この種の従来技術による制御弁は、制御対象となった作動流体の流入口、流出口を有し該流入口、流出口間には弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に摺動可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口、流出口間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開，閉弁方向に駆動する弁駆動手段と、該弁駆動手段と弁体との間に設けられ該弁駆動手段による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸を有した駆動力伝達手段と、該駆動力伝達手段の弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えている（例えば、特開２００１−１０８１４２号公報等）。
【０００４】
この場合、前記弁駆動手段は、弁体を軸方向に駆動して開，閉弁制御を行うため軸方向の駆動力を弁軸を介して前記弁体に伝え、このときに弁軸は弁ハウジングに対しグランドパッキンを介して軸方向に摺動変位する。そして、このグランドパッキンは、前記弁ハウジングの軸挿通穴と弁軸との間をシールすることにより、前記弁ハウジング内を流れる流体が弁軸と軸挿通穴との間から外部に漏洩するのを防ぐものである。
【０００５】
また、前記弁ハウジングには、軸挿通穴の開口端側に位置してグランドパッキンに軸方向の締付力を付与するパッキン締付具が設けられている。そして、このパッキン締付具によりグランドパッキンを軸方向に圧縮変形させ、弁軸とグランドパッキンとの間に締め代（グランドパッキンの径方向面圧）を付与することによって、グランドパッキンによるシール性を確保するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術にあっては、弁体を開，閉駆動する弁軸と弁ハウジングの軸挿通穴との間にグランドパッキンを設け、前記軸挿通穴の開口端側からパッキン締付具を用いてグランドパッキンに軸方向の締付力を付与することにより、弁ハウジングの軸挿通穴内でグランドパッキンと弁軸との間の締め代（径方向面圧）を調整する構成としている。
【０００７】
しかし、この場合のグランドパッキンは、弁軸に対する径方向面圧（即ち、グランドパッキンの側面圧）を大きくすると、弁軸が軸方向に摺動変位するときの摺動抵抗が過大となって弁体を開閉制御（開度を調整）する上での応答性が悪くなり、ハンチング等の発生原因になってしまう。
【０００８】
一方、弁軸に対するグランドパッキンの側面圧（締め代）を小さくすると、弁軸の摺動抵抗を低減できるものの、グランドパッキンによるシール性が低下し、弁ハウジング内を流れる流体が前記軸挿通穴と弁軸との間から外部に漏洩し易くなり、制御弁としての信頼性が低下してしまう。
【０００９】
このため、従来技術では、制御弁の運転開始前にパッキン締付具を用いて、グランドパッキンの軸方向に付与する締付力を予め調整するようにしている。しかし、この場合の調整作業は、作業者の熟練を必要とする作業となり、グランドパッキンが新品の段階と徐々に経年劣化した場合とでは、前記締付力の調整値が異なってしまい、作業性を向上することができないという問題がある。
【００１０】
また、制御弁の運転途中にあっては、弁体の開，閉弁動作から類推して、グランドパッキンの締め代（側面圧）が大き過ぎるか、小さ過ぎるか、適正であるか否かを判断するしかなく、制御弁の運転状態におけるグランドパッキンのシール性能を必ずしも十分には診断できないという問題がある。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、弁軸に働く軸方向の荷重等を検出することにより、制御弁の運転途中でもグランドパッキンのシール性能を判別することができ、グランドパッキンに対する締付力の調整作業を容易に行うことができるようにした制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、流体の流入口と流出口を有し該流入口と流出口との間に弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に変位可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開，閉弁方向に駆動する弁駆動手段と、該弁駆動手段と弁体との間に設けられ該弁駆動手段による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸を有した駆動力伝達手段と、該駆動力伝達手段の弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えた制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置に適用される。
【００１３】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記駆動力伝達手段に設けられ前記弁軸の軸方向に付加される荷重を検出する荷重検出手段と、該荷重検出手段から出力される検出信号により前記グランドパッキンと弁軸との間に働く摺動抵抗値を求め、少なくともこの摺動抵抗値から前記弁軸に対するグランドパッキンの側面圧を演算する側面圧演算手段と、該側面圧演算手段で演算した前記グランドパッキンの側面圧に基づいて該グランドパッキンのシール性能を判別する性能判別手段とを備える構成としている。
【００１４】
このように構成することにより、例えば弁体の開度を可変に制御している間に、駆動力伝達手段の弁軸に付加される軸方向の荷重を荷重検出手段によって検出でき、このときの荷重検出信号からグランドパッキンと弁軸との間に働く摺動抵抗値を求めることができる。そして、側面圧演算手段は、この摺動抵抗値から弁軸に対するグランドパッキンの締め代を側面圧として演算することができ、性能判別手段は、演算により求めたグランドパッキンの側面圧からグランドパッキンの締め代が適正であるか否か、締め代が大き過ぎないか小さ過ぎないかをシール性能として判別することができる。
【００１５】
また、請求項２の発明によると、側面圧演算手段は、弁ハウジング内を流れる流体の流体圧により弁軸の軸方向でグランドパッキンに付加される軸方向面圧と、摺動抵抗値による前記グランドパッキンの軸方向面圧とを加算することによって軸方向の合計面圧を演算し、この合計面圧から前記グランドパッキンの径方向面圧を側面圧として演算により求める構成としている。
【００１６】
この場合には、弁ハウジングの流入口、流出口間に流体を流す前の段階で、荷重検出手段による荷重検出信号からグランドパッキンと弁軸との間の摺動抵抗値を求めることにより、この摺動抵抗値に従ってグランドパッキンの軸方向に働く軸方向面圧を算定することができる。また、例えば弁ハウジング内を流れる流体の圧力を予め設計値として取込む（または、実機該当部の圧力を検出し、それを取込む）ことにより、この流体圧に従ってグランドパッキンの軸方向に働く軸方向面圧も算定することができ、これらの２つの軸方向面圧を加算して軸方向の合計面圧を算定できる。そして、グランドパッキンは軸方向の面圧に対する径方向面圧の関係が、例えば側面圧係数として求められているので、前記合計面圧と側面圧係数を掛け算（乗算）することにより、グランドパッキンの径方向面圧を側面圧（締め代）として算出することができる。
【００１７】
また、請求項３の発明によると、性能判別手段は、弁ハウジング内を流れる流体の流体圧とグランドパッキンの側面圧とを比較し、この比較結果により流体の漏洩の有無を判別する構成としている。
【００１８】
これにより、性能判別手段は流体の流体圧とグランドパッキンの側面圧とを比較し、例えば側面圧の方が流体圧よりも大きいときには、グランドパッキンにより流体の漏洩を阻止できると判別でき、逆に側面圧が流体圧より小さいときには漏洩の可能性があると判別することができる。
【００１９】
また、請求項４の発明によると、グランドパッキンは、弁ハウジングと弁軸との間で該弁軸の軸方向に互いに重合わせて配置される複数個のパッキン材からなり、側面圧演算手段は該各パッキン材毎に側面圧を演算し、性能判別手段は前記各パッキン材毎に前記側面圧と前記弁ハウジング内を流れる流体の流体圧とを比較して流体の漏洩の有無を判別する構成としている。
【００２０】
これにより、弁軸の軸方向に互いに重合わせて配置された複数個のパッキン材のうち、いずれのパッキン材がどの程度の側面圧（締め代）を有しているかを個別に知ることができ、性能判別手段はこれらのパッキン材毎に流体の漏洩が有るか否かを判別することができる。
【００２１】
さらに、請求項５の発明によると、弁ハウジングには、弁軸が挿通される軸挿通穴と、グランドパッキンを取付けるため該軸挿通穴を部分的に拡径することにより形成され該軸挿通穴の軸方向に延びたパッキン取付穴と、該パッキン取付穴内に前記グランドパッキンを取付けた状態で該グランドパッキンに軸方向の締付力を付与するパッキン締付具とを設け、該パッキン締付具は、性能判別手段によるグランドパッキンの性能判別結果に応じて前記締付力を可変に調整する構成としている。
【００２２】
これにより、パッキン締付具は、性能判別手段によるグランドパッキンの性能判別結果に従ってグランドパッキンに対する軸方向の締付力を可変に調整でき、これによってグランドパッキンの側面圧を適正な締め代となるように容易に調節することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置を添付図面の図１ないし図８に従って詳細に説明する。
【００２４】
ここで、図１ないし図７は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は本実施の形態で採用した制御弁で、この制御弁１は、後述の弁ハウジング２、弁体７、駆動機構８、弁軸２２およびグランドパッキン２３等により構成されている。
【００２５】
２は制御弁１の外殻を構成する弁ハウジングで、該弁ハウジング２は、制御対象となる流体の流路途中に配設される弁箱３と、後述の弁体ガイド４および支持フレーム５とから大略構成され、弁箱３内には制御対象の流体として高温の給水等が流通するものである。
【００２６】
そして、弁箱３は、前記給水の流入口３Ａおよび流出口３Ｂと、該流入口３Ａと流出口３Ｂとの間に位置し後述の弁体ガイド４が嵌合される貫通穴３Ｃが穿設された仕切壁部３Ｄと、該仕切壁部３Ｄの貫通穴３Ｃと上，下で対向し貫通穴３Ｃよりも大径に形成された筒状開口部３Ｅとを有している。
【００２７】
４は弁箱３内に設けられた筒状の弁体ガイドで、該弁体ガイド４は、筒状開口部３Ｅ側から弁箱３内に挿入される。そして、弁体ガイド４は、その一端側が貫通穴３Ｃに嵌合され、他端側が後述の蓋部５Ａに嵌合することにより弁箱３内に位置決めされている。また、弁体ガイド４の内周面は後述する弁体７用の摺動面４Ａとなり、該摺動面４Ａの下端側には弁体７が離着座する環状の弁座４Ｂが一体形成されている。
【００２８】
また、弁体ガイド４には、弁座４Ｂよりも僅かに上側となる位置に径方向の流通穴４Ｃ，４Ｃが穿設されている。そして、これらの流通穴４Ｃは弁体７により開，閉され、これによって弁箱３は流入口３Ａと流出口３Ｂとの間が連通，遮断されるものである。
【００２９】
５は弁箱３の上側に設けられ、弁ハウジング２の一部を構成する支持フレームで、該支持フレーム５の一端側は、筒状開口部３Ｅを上側から閉塞する蓋部５Ａとなり、該蓋部５Ａの中心側には後述の弁軸２２が挿通される軸挿通穴５Ｂが穿設されている。そして、該軸挿通穴５Ｂは、支持フレーム５の蓋部５Ａ内を軸方向（上，下方向）に貫通して延び、その一端（下端）側は弁体ガイド４内と連通している。
【００３０】
また、支持フレーム５の蓋部５Ａには、軸挿通穴５Ｂの上部側部位を拡径することにより段付穴として形成されたパッキン取付穴５Ｃが設けられ、該パッキン取付穴５Ｃは、その上端が蓋部５Ａの上面に開口している。そして、このパッキン取付穴５Ｃ内には後述のグランドパッキン２３が側面圧（締め代）をもって取付けられるものである。
【００３１】
６は支持フレーム５の上端（他端）側に設けられ、支持フレーム５の一部となる支持板で、該支持板６は、支持フレーム５の上端側に複数のガイド部６Ａ，６Ａ，…等を介して取付けられ、後述のダイヤフラム１３を下側から支持するものである。そして、支持板６の各ガイド部６Ａは、後述の可動シェル１２を矢示Ａ，Ｂ方向に移動可能（上，下動可能）にガイドするものである。
【００３２】
７は弁体ガイド４内に摺動可能に挿嵌された弁体で、該弁体７は、図２に示すように有蓋筒状体として形成され、その一端側は前記弁座４Ｂに離着座することにより弁体ガイド４の各流通穴４Ｃを介して弁箱３の流入口３Ａと流出口３Ｂとの間を連通，遮断するものである。
【００３３】
また、弁体７には圧力逃がし穴７Ａ，７Ａ，…が穿設され、これらの圧力逃がし穴７Ａは、弁体ガイド４と弁体７との間で圧力差が発生するのを防止し、弁体７が滑らかに開，閉弁動作するのを補償するものである。
【００３４】
８は弁体７から離間して支持フレーム５の他端側に設けられた弁駆動手段としての駆動機構で、該駆動機構８は、後述のばね受１８と支持板６との間に配設され、弁体７を常時閉弁方向に付勢したスプリング９と、後述する空気圧作動式のアクチュエータ１０と、図４に示す後述のポジショナ２７等とにより構成されている。
【００３５】
１０は弁体７をスプリング９に抗して開弁方向に駆動する空気圧作動式のアクチュエータで、該アクチュエータ１０は、上，下の可動シェル１１，１２と、外周側が該可動シェル１１，１２間に挟持して設けられた可動隔壁としてのダイヤフラム１３とからなり、該ダイヤフラム１３は上側の可動シェル１１との間に圧力室１４を画成している。
【００３６】
ここで、可動シェル１１，１２は、支持フレーム５上の支持板６をダイヤフラム１３と共に上，下方向から取囲むように配設されている。そして、ダイヤフラム１３は、その中央部側が支持板６に固着され、該支持板６によって背面側から補強（バックアップ）されている。
【００３７】
また、下側の可動シェル１２には、支持板６の各ガイド部６Ａが挿通される複数の挿通穴１２Ａ，１２Ａ，…が設けられ、これらの挿通穴１２Ａにより可動シェル１２は、支持フレーム５に対し各ガイド部６Ａに沿って上，下動可能に取付けられている。そして、可動シェル１２は、その内周側端部が後述するヨーク１６の外周側に固着され、このヨーク１６と一体に矢示Ａ，Ｂ方向に移動（上，下動）するものである。
【００３８】
１５は上側の可動シェル１１に設けられた気体圧の給排口で、該給排口１５には後述の操作空気圧配管３８が接続され、これによってアクチュエータ１０の圧力室１４内には気体圧としての空気圧が給排される。そして、圧力室１４内の空気圧が最小の圧力になっている間は、スプリング９により可動シェル１１，１２およびヨーク１６等が矢示Ａ方向に付勢され、これによって弁体７は図１に示す如く閉弁状態に保持される。
【００３９】
一方、アクチュエータ１０は、給排口１５から圧力室１４内に操作空気圧が供給されると、この空気圧が増加するに応じて圧力室１４内の容積を増大させる。そして、この圧力室１４内の空気圧により、可動シェル１１，１２はヨーク１６等と共にスプリング９の付勢力に抗して矢示Ｂ方向に押動され、これによって弁体７は図２に示す如く弁開度が増大されるものである。
【００４０】
１６は支持フレーム５内に上，下動可能に設けられた可動枠としてのヨークを示し、該ヨーク１６は有底の枠状体として形成され、スプリング９を径方向外側から覆う構成となっている。また、ヨーク１６の底部１６Ａ側には、後述の軸力センサ２５が弁軸２２と共に取付けられ、ヨーク１６は弁軸２２と共に駆動力伝達手段を構成するものである。
【００４１】
１７はヨーク１６の底部１６Ａに設けられた固定ボルト、１８は該固定ボルト１７に緩止めナット１９と一緒に螺合されたばね受で、該ばね受１８は、固定ボルト１７に対する螺合位置を緩止めナット１９と共に変えることにより、スプリング９の付勢力を可変に調節するものである。
【００４２】
２０，２１は支持フレーム５，ヨーク１６に設けられた工具挿入穴で、該工具挿入穴２０，２１には、固定ボルト１７に対するばね受１８および緩止めナット１９の螺合位置を変えるときに、例えばスパナ、レンチ等の工具が挿入されるものである。
【００４３】
２２はヨーク１６と共に駆動力伝達手段を構成する弁軸で、該弁軸２２は、図２に示すように支持フレーム５（蓋部５Ａ）の軸挿通穴５Ｂ内に軸方向に摺動可能（上，下動）に挿嵌され、その下端側は弁体ガイド４内で弁体７に連結されている。また、弁軸２２の上端側は後述の軸力センサ２５を介してヨーク１６の底部１６Ａに連結されている。そして、弁軸２２はヨーク１６の動きを弁体７に伝達し、弁体７を上，下に開，閉弁させるものである。
【００４４】
２３は支持フレーム５の蓋部５Ａと弁軸２２との間をシールするグランドパッキンで、該グランドパッキン２３は、例えば図３に示す如く合計９個のパッキン材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，２３ｇ，２３ｈ，２３ｉを用いて構成され、これらのパッキン材２３ａ〜２３ｉは、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に互いに重合わせて装着されている。
【００４５】
ここで、パッキン材２３ａ〜２３ｉは、本実施の形態にあっては互いに同一のパッキン材が用いられ、後述の面圧伝達係数α（例えば、α＝０．９５）、側面圧係数Ｋ（例えば、Ｋ＝０．８）も互いに等しい値に設定されている。また、パッキン材２３ａ〜２３ｉは、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に後述の如く一括締めされているものである。
【００４６】
そして、グランドパッキン２３は、各パッキン材２３ａ〜２３ｉがそれぞれ後述の側面圧Ｐra〜Ｐri（締め代）をもって弁軸２２の外周面に摺接することにより、弁軸２２と軸挿通穴５Ｂとの間をシールし、例えば弁箱３内を流れる高圧の給水等の流体が軸挿通穴５Ｂを介して外部に漏洩するのを防ぐものである。
【００４７】
２４は支持フレーム５の蓋部５Ａ上に設けられたパッキン締付具で、該パッキン締付具２４は、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に上側の開口端側から挿入され、その下面がグランドパッキン２３のパッキン材２３ａ〜２３ｉのうち最上部に位置するパッキン材２３ａに当接する押え環２４Ａと、パッキン取付穴５Ｃを該押え環２４Ａと共に上側から覆うように蓋部５Ａの上面側に複数の締結ボルト２４Ｂ，２４Ｂ，…を介して着脱可能に配設された押え板２４Ｃとにより構成されている。
【００４８】
そして、パッキン締付具２４の押え板２４Ｃは、パッキン取付穴５Ｃから突出する押え環２４Ａの突出端側に当接し、グランドパッキン２３をパッキン取付穴５Ｃ内に抜止め状態に保持すると共に、グランドパッキン２３のパッキン材２３ａ〜２３ｉに上側から付与する軸方向の締付力を締結ボルト２４Ｂの締込み量等によって調整するものである。
【００４９】
２５はヨーク１６の底部１６Ａと弁軸２２との間に設けられた荷重検出手段としての軸力センサで、該軸力センサ２５は、例えばロードセル、歪みゲージ等を用いて構成され、弁軸２２に付加される荷重（例えば、軸方向の引張り力と圧縮力）を検出するものである。
【００５０】
また、弁体７の開，閉操作を行っているときには、弁軸２２がグランドパッキン２３に対して軸方向に摺動変位するので、このときに軸力センサ２５から出力される検出信号は、グランドパッキン２３の摩擦力である摺動抵抗値Ｆに対応した信号となり、軸力センサ２５の検出信号により摺動抵抗値Ｆを検出することができる。
【００５１】
２６は弁体７の開度を検出する開度検出手段としての開度センサで、該開度センサ２６は、例えば光学式変位センサ等を用いて構成され、弁体７と一体に変位するヨーク１６または可動シェル１１，１２の動きを、支持フレーム５または支持板６（ダイヤフラム１３）に対する相対変位量として検出するものである。なお、図１中の開度センサ２６は、説明の都合上で簡略化した１つの例として可動シェル１１に設けた場合を示したものである。
【００５２】
２７は制御弁１用のポジショナで、該ポジショナ２７は、図４に示すように弁ハウジング２の外側に設けられ、例えばパイロット配管２８、入力側の空気圧配管２９および出力側の空気圧配管３０が接続されている。そして、ポジショナ２７は、例えば空気圧縮機、空気タンク等の圧気源３１から減圧弁３２、入力側の空気圧配管２９を介して供給される圧縮空気の空気量を、パイロット配管２８からのパイロット圧に対応して増減させるように制御し、制御した空気圧を出力側の空気圧配管３０側に供給する。
【００５３】
これにより、ポジショナ２７は、弁体７の開度を後述する指令装置３４からの指令信号（パイロット配管２８からのパイロット圧）に従って図６に示す特性線３３の如く、例えば比例制御するものである。即ち、制御弁１の弁体７は、ポジショナ２７による空気圧の制御により図６に示す特性線３３のように指令信号にほぼ比例して弁開度が可変に制御されるものである。
【００５４】
３４は弁体７の開度を指令する指令信号を出力する指令手段としての指令装置で、該指令装置３４は、例えば４〜２０ｍＡ（ミリアンペア）程度の範囲で電流値が可変に設定される指令信号を後述の電空変換器３５およびコントロールユニット４３等に出力するものである。
【００５５】
３５は指令装置３４からの指令信号をパイロット圧に変換する電空変換器を示し、該電空変換器３５は、圧気源３１から減圧弁３６を介して供給される低圧の空気圧をパイロット配管２８側にパイロット圧として供給し、このときのパイロット圧を指令信号の電流値等に比例して可変に調整するものである。なお、減圧弁３６の設定圧は、減圧弁３２によりも十分に低い（例えば、１／１０以下）圧力に設定されている。
【００５６】
３７は空気圧配管３０からの空気圧を増倍して操作空気圧配管３８側に供給するブースタリレーで、該ブースタリレー３７は、空気圧配管３０からの空気圧を増倍するために分岐配管３９に接続され、該分岐配管３９は空気圧配管２９からの空気圧をブースタリレー３７に補給するものである。
【００５７】
そして、制御弁１の駆動機構８は、操作空気圧配管３８、給排口１５を介してブースタリレー３７側からの増倍された操作空気圧が、図１に示す圧力室１４内へと供給され、圧力室１４が拡縮されることによりヨーク１６、弁軸２２および弁体７を矢示Ａ，Ｂ方向に駆動するものである。
【００５８】
４０，４１，４２はそれぞれ圧力センサを示し、該圧力センサ４０〜４２のうち圧力センサ４０は操作空気圧配管３８内の圧力を検出し、圧力センサ４１は空気圧配管３０内の圧力を検出し、圧力センサ４２はパイロット配管２８内のパイロット圧を検出するものである。
【００５９】
４３はマイクロコンピュータ等によって構成されたコントロールユニットで、該コントロールユニット４３は、図５に示す如く入力側に軸力センサ２５、開度センサ２６、圧力センサ４０，４１，４２および指令装置３４等が接続され、出力側には、ディスプレイ等の表示器４４、印字機としてのプリンタ４５および報知装置４６等が接続されている。
【００６０】
ここで、コントロールユニット４３は、指令装置３４から出力される指令信号と、開度センサ２６から出力される弁体７の開度信号と、軸力センサ２５から出力される軸力信号とを表示器４４の画面上に表示させると共に、これらを必要に応じてプリンタ４５により印字させる。
【００６１】
また、コントロールユニット４３は、図５に示すようにＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部４３Ａを有し、この記憶部４３Ａ内には、制御弁１の故障診断処理プログラムと共に、例えば図７に示すグランドパッキン２３の性能診断処理用のプログラム等が格納されている。
【００６２】
そして、コントロールユニット４３は、制御弁１の故障診断処理プログラム等に従って、例えば軸力センサ２５、開度センサ２６および圧力センサ４０，４１，４２からの検出信号により制御弁１の作動状態が正常であるか、異常であるかを判定（故障診断）し、異常と判定したときには、これを警報ランプ、警報ブザーまたは音声合成装置等からなる報知装置４６を用いて報知するものである。
【００６３】
さらに、コントロールユニット４３は、図７に示すようにグランドパッキン２３の性能診断処理を、例えば軸力センサ２５からの検出信号等に基づいて行う。そして、これらの故障診断、性能診断等の結果は、表示器４４の画面上で適宜に表示されるものである。
【００６４】
本実施の形態による制御弁１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００６５】
まず、指令装置３４から出力される指令信号が、図６に示す信号値Ｓa 以下のときには、図４に示す電空変換器３５からパイロット配管２８に出力されるパイロット圧は、例えば大気圧程度の低圧状態におかれる。
【００６６】
そして、制御弁１のポジショナ２７は、このときのパイロット圧に対応して空気圧配管３０内を大気圧に近い低い圧力状態に設定し、ブースタリレー３７を介した操作空気圧配管３８内の圧力もほぼ大気圧状態に設定される。これにより、駆動機構８のアクチュエータ１０は、圧力室１４内の空気圧が大気圧に近い最小の圧力状態に保持される。
【００６７】
このため、駆動機構８はスプリング９により可動シェル１１，１２およびヨーク１６等が矢示Ａ方向に付勢され、このときの付勢力が軸力センサ２５、弁軸２２を介して弁体７へと伝達されることにより、弁体７は図１に示す如く弁体ガイド４の弁座４Ｂに着座して閉弁状態に保持される。
【００６８】
次に、指令装置３４から出力される指令信号が、図６に示す信号値Ｓa より大きくなると、図４に示す電空変換器３５からパイロット配管２８に出力されるパイロット圧は、指令信号に従って比例的に増大し、例えば大気圧よりも高い圧力状態に設定される。
【００６９】
そして、制御弁１のポジショナ２７は、このときのパイロット圧に対応して空気圧配管３０内を大気圧よりも高い圧力状態に設定し、ブースタリレー３７は空気圧配管３０内の圧力に基づいて空気量を増倍させつつ、倍増した操作空気圧を操作空気圧配管３８、給排口１５を介してアクチュエータ１０の圧力室１４内に供給する。
【００７０】
この結果、アクチュエータ１０は、給排口１５から供給される空気圧に応じて圧力室１４内の容積を増大させ、この圧力室１４内の空気圧により、可動シェル１１，１２をヨーク１６等と共にスプリング９の付勢力に抗して矢示Ｂ方向に押動する。そして、この矢示Ｂ方向の駆動力（押動力）は軸力センサ２５、弁軸２２を介して弁体７へと伝達される。
【００７１】
これによって、弁体７は図２に示す如く弁体ガイド４の弁座４Ｂから離座して開度が増大される。そして、弁体７が開弁した状態では、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて矢示Ｃ方向へと給水が流れ、弁体７の開度に応じて給水の流量が制御される。
【００７２】
また、弁体７の開度は、図６に示す特性線３３に沿って増減するように制御され、指令信号の信号値がＳm まで増大したときには、弁体７が全開状態におかれて最大流量となるものである。
【００７３】
この場合、制御弁１には開度センサ２６が設けられ、該開度センサ２６により弁体７の開度が、指令装置３４からの指令信号にほぼ比例して制御されているか否かを判別することができる。
【００７４】
また、パイロット配管２８内のパイロット圧が指令信号にほぼ比例して制御されているか否かについても、パイロット配管２８の途中に設けた圧力センサ４２により検出することができる。
【００７５】
さらに、空気圧配管３０内の圧力についても圧力センサ４１で検出でき、操作空気圧配管３８内の圧力についても同様に圧力センサ４０で検出できるので、空気圧配管３０、操作空気圧配管３８内の圧力が前記指令信号およびパイロット圧に対応して制御されているか否かを判別することができる。
【００７６】
次に、本実施の形態の特徴であるコントロールユニット４３を用いたグランドパッキン２３の性能診断処理と、パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐra〜Ｐri（締め代）の演算処理について図１ないし図７を参照して説明する。
【００７７】
まず、ヨーク１６の底部１６Ａと弁軸２２との間に設けた荷重検出手段としての軸力センサ２５は、弁軸２２の軸方向に付加される引張り力または圧縮力を検出できる。そして、例えば弁箱３内に流体を流す前の無負荷状態で弁軸２２を図３に示す如く下向きに駆動したときに、軸力センサ２５から出力される検出信号は、グランドパッキン２３と弁軸２２との間に働く無負荷状態での摺動抵抗値（以下、実摺動抵抗値Ｆという）として取出すことができる。
【００７８】
そして、この実摺動抵抗値Ｆは、弁軸２２とグランドパッキン２３との間に発生する摩擦力であるから、実摺動抵抗値Ｆとグランドパッキン２３全体の側面圧（以下、全側面圧ＰR という）との間には、９個のパッキン材２３ａ〜２３ｉと弁軸２２との接触面積（Ｓ×９）、摩擦係数μとしたときに、次の関係が成り立つ。
【００７９】
【数１】
Ｆ＝μ×ＰR ×Ｓ×９
但し、ＰR ＝Ｐra＋Ｐrb＋…＋Ｐrh＋Ｐri
【００８０】
しかし、この場合の全側面圧ＰR は、グランドパッキン２３全体の側面圧であり、パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐra，Ｐrb,…,Ｐriを前記数１の式からは求めることができない。また、パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐra，Ｐrb,…,Ｐriは、後述する面圧伝達係数α等の関係から互いに異なる値となってしまうものである。
【００８１】
また、グランドパッキン２３の各パッキン材２３ａ〜２３ｉには、弁箱３内を流れる流体による流体圧Ｐが図３に示す如く軸挿通穴５Ｂを介して作用する。そして、各パッキン材２３ａ〜２３ｉに作用する流体圧Ｐを反映した側面圧Ｐra〜Ｐriも前記数１式からは求めることができない。
【００８２】
そこで、本実施の形態にあっては、図７に示すグランドパッキン２３の性能診断処理を実行することにより、実摺動抵抗値Ｆと流体圧Ｐとを反映したパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐra〜Ｐri（締め代）を、下記の如く演算して求めるものである。
【００８３】
この場合、図７に示すステップ１では、パッキン材２３ａ〜２３ｉに作用する軸方向面圧を求めるため、軸方向の初期面圧Ｐ1x（ｘ＝a,b,…,i）を下記の数２の式により算定する。
【００８４】
【数２】
Ｐ1a＝１
Ｐ1b＝１×α
Ｐ1c＝１×α２
Ｐ1d＝１×α３
Ｐ1e＝１×α４
Ｐ1f＝１×α５
Ｐ1g＝１×α６
Ｐ1h＝１×α７
Ｐ1i＝１×α８
【００８５】
即ち、前述した摺動抵抗値Ｆによって図３に示す一番上側のパッキン材２３ａに、仮にＰ1a＝１なる軸方向の初期面圧Ｐ1aが作用した場合、二番目のパッキン材２３ｂには、Ｐ1b＝１×αとして面圧伝達係数α（例えば、α＝０．９５）分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1bが作用し、三番目のパッキン材２３ｃには、Ｐ1c＝１×α２として面圧伝達係数α２（例えば、α２＝０．９０２５）分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1cが作用する。
【００８６】
そして、次なるパッキン材２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，…には、それぞれ前記数２の式に示す如く初期面圧Ｐ1d，Ｐ1e，Ｐ1ｆ，…が作用し、一番下側（上から九番目）のパッキン材２３ｉには、Ｐ1i＝１×α８として面圧伝達係数α８（例えば、α８＝０．６６３４２）分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1iが作用する。これらの初期面圧Ｐ1x（Ｐ1a，Ｐ1b，…Ｐ1i）は、下記の表１に示す通りである。
【００８７】
次に、ステップ２では下記の数３式によりパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の応力緩和Ｐ2xを求める。この場合、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に上側から挿入されたグランドパッキン２３のパッキン材２３ａ〜２３ｉは、パッキン締付具２４を用いて締付けた後に時間の経過と共に応力緩和を起こすことが知られている。
【００８８】
そして、この応力緩和Ｐ2xは、パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の種類によって異なり、それぞれの締付け回数によっても異なるものである。本実施の形態では、パッキン材２３ａ〜２３ｉを同一種類とし、締付け回数を１回の一括締めとしているので、その応力残留率βは、例えば、β＝０．８となり、下記の数３の如く応力緩和Ｐ2xは求められる。
【００８９】
【数３】
Ｐ2a＝Ｐ1a×β
Ｐ2b＝Ｐ1b×β
Ｐ2c＝Ｐ1c×β
Ｐ2d＝Ｐ1d×β
Ｐ2e＝Ｐ1e×β
Ｐ2f＝Ｐ1f×β
Ｐ2g＝Ｐ1g×β
Ｐ2h＝Ｐ1h×β
Ｐ2i＝Ｐ1i×β
【００９０】
次に、ステップ３では、一番上側のパッキン材２３ａによる応力緩和Ｐ2aに対するパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の応力緩和Ｐ2xの比率を求めることにより、下記の数４式の如くパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向における面圧係数Ｐ3xを算定する。これにより、グランドパッキン２３全体の中で、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向における面圧比率が、面圧係数Ｐ3xとして算出されるものである。
【００９１】
【数４】
Ｐ3a＝Ｐ2a／Ｐ2a＝１
Ｐ3b＝Ｐ2b／Ｐ2a
Ｐ3c＝Ｐ2c／Ｐ2a
Ｐ3d＝Ｐ2d／Ｐ2a
Ｐ3e＝Ｐ2e／Ｐ2a
Ｐ3f＝Ｐ2f／Ｐ2a
Ｐ3g＝Ｐ2g／Ｐ2a
Ｐ3h＝Ｐ2h／Ｐ2a
Ｐ3i＝Ｐ2i／Ｐ2a
【００９２】
次に、ステップ４では、パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向における面圧係数Ｐ3xをベースとした各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の仮想摺動抵抗値Ｆ1xを、下記の数５式、具体的には数６式により求める。
【００９３】
この場合の仮想摺動抵抗値Ｆ1xも、前記数１の式と同様に弁軸２２とパッキン材２３ｘ（ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，…，ｉ）との間に発生する摩擦力として求められ、側面圧係数Ｋは、Ｋ＝（径方向の側面圧）／（軸方向の面圧）として求められる。そして、この場合のパッキン材２３ａ〜２３ｉは、同一種類のパッキンであるので、側面圧係数Ｋは一定値（例えば、Ｋ＝０．８）となる。
【００９４】
【数５】
Ｆ1x＝μ×Ｋ×Ｐ3x×Ｓ
【００９５】
【数６】
Ｆ1a＝μ×Ｋ×Ｐ3a×Ｓ
Ｆ1b＝μ×Ｋ×Ｐ3b×Ｓ
Ｆ1c＝μ×Ｋ×Ｐ3c×Ｓ
Ｆ1d＝μ×Ｋ×Ｐ3d×Ｓ
Ｆ1e＝μ×Ｋ×Ｐ3e×Ｓ
Ｆ1f＝μ×Ｋ×Ｐ3f×Ｓ
Ｆ1g＝μ×Ｋ×Ｐ3g×Ｓ
Ｆ1h＝μ×Ｋ×Ｐ3h×Ｓ
Ｆ1i＝μ×Ｋ×Ｐ3i×Ｓ
【００９６】
なお、弁軸２２と各パッキン材２３ａ〜２３ｉとの接触面積Ｓは、各パッキン材２３ａ〜２３ｉの内径を、例えば４０ｍｍ、軸方向の厚さ寸法を１０ｍｍとしたときに、Ｓ≒１２５７ｍｍ２ となり、μ×Ｋ＝０．０１とした場合にパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向における仮想摺動抵抗値Ｆ1x（Ｆ1a，Ｆ1b，Ｆ1c，…，Ｆ1i）は、それぞれ下記の表１に示す如く算定されるものである。
【００９７】
次に、ステップ５では、パッキン材２３ａ〜２３ｉの仮想摺動抵抗値Ｆ1xを合計した合計値Ｆt を、下記の数７式により求める。この場合、下記の表１に示す如く合計値Ｆt は、例えばＦt ＝９２．９３として算定されるものである。
【００９８】
【数７】
Ｆt ＝ΣＦ1x＝Ｆ1a＋Ｆ1b＋Ｆ1c＋…＋Ｆ1i
【００９９】
次に、ステップ６では、実摺動抵抗値Ｆを仮想摺動抵抗値Ｆ1xに従って、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の摺動抵抗値として振分けるため、下記の数８式による実摺動抵抗値Ｆの振分け値Ｆ2xを求める。これにより、実摺動抵抗値Ｆを、例えばＦ＝２０００Ｎ（ニュートン）とした場合に、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の振分け値Ｆ2x（Ｆ2a，Ｆ2b，Ｆ2c，…，Ｆ2i）は、下記の表１の如く算定される。
【０１００】
【数８】
Ｆ2x＝（Ｆ／Ｆt ）×Ｆ1x
但し、ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，…，ｉ
【０１０１】
次に、ステップ７では、実摺動抵抗値Ｆの振分け値Ｆ2xに従って、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向面圧Ｐ4xを、前記数５の式で示した摩擦力の関係から下記の数９式により求める。これにより、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向面圧Ｐ4x（Ｐ4a，Ｐ4b，Ｐ4c，…，Ｐ4i）は、表１の如く算定される。
【０１０２】
【数９】
Ｐ4x＝Ｆ2x／（μ×Ｋ×Ｓ）
【０１０３】
次に、ステップ８においては、図３に示す如く支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に装着されたパッキン材２３ａ〜２３ｉに対し流体圧Ｐ（設計上の最高圧）による流体力が、一番下側のパッキン材２３ｉから順次上側に向けてパッキン材２３ｇ，２３ｆ，２３ｅ，…２３ａへと作用する場合の流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xを、下記の数１０式により求める。
【０１０４】
【数１０】
Ｐ5a＝Ｐ×α９
Ｐ5b＝Ｐ×α８
Ｐ5c＝Ｐ×α７
Ｐ5d＝Ｐ×α６
Ｐ5e＝Ｐ×α５
Ｐ5f＝Ｐ×α４
Ｐ5g＝Ｐ×α３
Ｐ5h＝Ｐ×α２
Ｐ5i＝Ｐ×α
【０１０５】
即ち、図３に示す一番下側のパッキン材２３ｉには、流体圧Ｐ（例えば、Ｐ＝１０ＭＰa )が面圧伝達係数α（例えば、α＝０．９５）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5iが作用し、下から二番目のパッキン材２３ｈには、Ｐ5h＝Ｐ×α２として面圧伝達係数α２（例えば、α２＝０．９０３）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5hが作用する。
【０１０６】
そして、次なるパッキン材２３ｇ，２３ｆ，２３ｅ，…には、それぞれ前記数１０の式に示す如く軸方向面圧Ｐ5g，Ｐ5f，Ｐ5e，…が作用し、一番上側（下から九番目）のパッキン材２３ａには、Ｐ5a＝Ｐ×α９として面圧伝達係数α９（例えば、α９＝０．６３０）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5aが作用する。そして、これらの流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5x（Ｐ5a，Ｐ5b，…Ｐ5i）は、下記の表１に示す通りである。
【０１０７】
次に、ステップ９では、流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xと実摺動抵抗値Ｆによる軸方向面圧Ｐ4xとを合計した軸方向の合計面圧Ｐ6xを、下記の数１１式により算定する。
【０１０８】
【数１１】
Ｐ6x＝Ｐ4x＋Ｐ5x
【０１０９】
この場合に、実摺動抵抗値Ｆによる軸方向面圧Ｐ4xの圧力単位（Ｎ／ｍｍ２ ）と流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xの圧力単位（ＭＰa ）とは互いに等しい単位であり、１ＭＰa ＝１Ｎ／ｍｍ２ なる関係にあるので、軸方向の合計面圧Ｐ6x（Ｐ6a，Ｐ6b，…，Ｐ6i）は、それぞれ表１の如く求められる。
【０１１０】
次に、ステップ１０では、前述した側面圧係数Ｋ（例えば、Ｋ＝０．８）を合計面圧Ｐ6xに乗算することにより、Ｋ＝（径方向の側面圧）／（軸方向の面圧）なる関係からパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の締め代となる径方向の側面圧Ｐrxを下記の数１２式により算定する。そして、これらの側面圧Ｐrx（Ｐra，Ｐrb，…，Ｐri）は表１の如く求められるものである。
【０１１１】
【数１２】
Ｐrx＝Ｋ×Ｐ6x
【０１１２】
次に、ステップ１１では、前述した流体圧Ｐとパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐrx（Ｐra，Ｐrb，…，Ｐri）とを比較し、下記の数１３式によるシール度Ｊx （比較結果）が１．０以上であるか否かにより各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の漏洩判定を行う。
【０１１３】
【数１３】
Ｊx ＝Ｐrx／Ｐ
【０１１４】
そして、これらのシール度Ｊx （Ｊa ,Ｊb ,Ｊc ,…,Ｊi ）は、表１に示す如く全て１．０以上となっているので、流体圧Ｐの漏洩を全てのパッキン材２３ａ〜２３ｉで防止できると判定し得る。
【０１１５】
しかし、この場合のグランドパッキン２３は、パッキン材２３ａ〜２３ｉを一括締めしているため、流体圧Ｐが作用する前の段階での面圧値、即ち軸方向面圧Ｐ4xを応力残留率β（例えば、β＝０．８）で割った面圧値Ｐmx（例えば、Ｐmx＝Ｐ4x／０．８）が、各パッキン材２３ａ〜２３ｉの成形面圧Ｐms（例えば、Ｐms＝３０Ｎ／ｍｍ２ ）以上であるか否かが問題となる。
【０１１６】
また、履歴最高面圧（この場合は、合計面圧Ｐ6x）が、前記成形面圧Ｐmsよりも大きいか否かが問題となる。しかし、成形面圧Ｐmsが、Ｐms＝３０Ｎ／ｍｍ２の場合には、前述した面圧値Ｐmx（Ｐmx＝Ｐ4x／０．８）と履歴最高面圧（合計面圧Ｐ6x）が、成形面圧Ｐmsよりも小さくなっている。このため、弁軸２２とパッキン材２３ａ〜２３ｉとの間には微小隙間が生じている可能性がある。
【０１１７】
そこで、この場合には、パッキン締付具２４を用いてグランドパッキン２３の各パッキン材２３ａ〜２３ｉに対する締付力を増大させ、各パッキン材２３ａ〜２３ｉの撓み量（圧縮変形量）を大きくすべきことを、例えば図５に示す表示器４４、報知装置４６等を用いてメンテナンス作業者に知らせるものである。
【０１１８】
【表１】
かくして、本実施の形態によれば、弁箱３内に流体を流す前の無負荷状態で弁軸２２を駆動したときに軸力センサ２５から出力される検出信号により、グランドパッキン２３と弁軸２２との間に働く無負荷状態での実摺動抵抗値Ｆを取出すことができ、この実摺動抵抗値Ｆを用いて前述した数１〜１２式の如く各パッキン材２３ａ〜２３ｉの側面圧Ｐrx（弁軸２２に対する締め代）を、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎に演算して求めることができる。
【０１２０】
そして、このようにして求めたグランドパッキン２３（各パッキン材２３ａ〜２３ｉ）の側面圧Ｐrxを、弁箱３内を流れる流体圧Ｐ（設計上の最高圧）と比較することにより、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の締め代が適正であるか否か、即ち締め代が大き過ぎないか、小さ過ぎないか等をシール性能として判別することができる。
【０１２１】
特に、弁箱３内に給水等の流体を流す前の段階で、軸力センサ２５による検出信号からグランドパッキン２３と弁軸２２との間の実摺動抵抗値Ｆを求めることにより、この実摺動抵抗値Ｆに従って各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向面圧Ｐ4xを算定することができる。
【０１２２】
また、弁箱３内を流れる流体圧Ｐ（設計上の最高圧）を取込むことにより、この流体圧Ｐに基づいたパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の軸方向面圧Ｐ5xも算定することができ、これらの２つの軸方向面圧Ｐ4x，Ｐ5xを加算して軸方向の合計面圧Ｐ6xを算定できる。
【０１２３】
そして、グランドパッキン２３のパッキン材２３ａ〜２３ｉは、軸方向の面圧に対する径方向面圧の関係が、例えば側面圧係数Ｋ（例えば、Ｋ＝０．８）として予め決められているので、前記合計面圧Ｐ6xと側面圧係数Ｋを掛け算（乗算）することにより、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐrx（締め代）を算出することができる。
【０１２４】
これにより、弁軸２２の軸方向に互いに重合わせて配置された複数個のパッキン材２３ａ〜２３ｉのうち、いずれのパッキン材がどの程度の側面圧（締め代）を有しているかを個別に知ることができ、これらのパッキン材２３ａ〜２３ｉ毎に流体の漏洩が有るか否かを判別することができる。
【０１２５】
また、このような各パッキン材２３ａ〜２３ｉのシール性能を個別に診断、判別することにより、パッキン締付具２４を用いたグランドパッキン２３に対する締付方法、例えば前述した一括締めまたは複数回にわたる分割締め等を適宜に選択したり、軸方向の締付力を可変に調整したりすることができる。
【０１２６】
また、パッキン材２３ａ〜２３ｉの種類を必要に応じて、例えば後述する第２の実施の形態の如く変更することも可能であり、前述した一括締めまたは分割締め等と適宜に組合わせることにより、各パッキン２３ａ〜２３ｉ毎の側面圧Ｐrxを、適正な締め代となるように容易に調節することができる。
【０１２７】
従って、本実施の形態によれば、軸力センサ２５を用いて弁軸２２とグランドパッキン２３との間に発生する実摺動抵抗値Ｆ、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の締め代となる側面圧Ｐrxを求めることにより、各パッキン材２３ａ〜２３ｉ毎の締め代が適正であるか否か等のシール性能を迅速に判別することができ、グランドパッキン２３に対する締付力の調整作業等を容易に行うことができる。
【０１２８】
次に、図８は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１２９】
しかし、本実施の形態の特徴は、グランドパッキン５１を、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に互いに重合わせて装着された合計９個のパッキン材５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈ，５１ｉを用いて構成し、これらのパッキン材５１ａ〜５１ｉのうち、上側から２個のパッキン材５１ａ，５１ｂと下側から２個のパッキン材５１ｈ，５１ｉを、残余のパッキン材５１ｃ〜５１ｇとは異なる種類のパッキン材により構成している。
【０１３０】
ここで、パッキン材５１ａ，５１ｂ，５１ｈ，５１ｉは、下記の表２に示すように第１種類のパッキン材が用いられ、例えば面圧伝達係数α1 は、α1 ＝０．９５となり、側面圧係数Ｋ1 は、Ｋ1 ＝０．８となっている。そして、応力残留率β12，β13，β14は、下記の値にそれぞれ設定されているものである。
【０１３１】
また、残余のパッキン材５１ｃ〜５１ｇは、下記の表２に示すように第２種類のパッキン材が用いられ、例えば面圧伝達係数α2 は、α2 ＝０．９となり、側面圧係数Ｋ2 は、Ｋ２ ＝０．８となっている。そして、応力残留率β22，β23，β24は、下記の値にそれぞれ設定されているものである。
【０１３２】
【表２】
また、本実施の形態で採用したグランドパッキン５１は、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に互いに重合わせて装着されるときに分割締めが施され、パッキン材５１ａ〜５１ｉのうち上側の３個のパッキン材５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、締付け回数が２回（応力残留率２回に相当）となっている。
【０１３４】
そして、その下側の３個のパッキン材５１ｄ，５１ｅ，５１ｆは、締付け回数が３回（応力残留率３回に相当）となり、さらに下側の３個のパッキン材５１ｇ，５１ｈ，５１ｉは、締付け回数が４回（応力残留率４回に相当）となっているものである。
【０１３５】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様に、図７に例示したグランドパッキンの性能診断処理を実行することにより、実摺動抵抗値Ｆと流体圧Ｐとを反映したパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の側面圧Ｐra〜Ｐri（締め代）を、下記の如く演算して求めることができる。
【０１３６】
この場合、パッキン材５１ａ〜５１ｉに作用する軸方向面圧を求めるため、軸方向の初期面圧Ｐ1x（ｘ＝a,b,…,i）を下記の数１４の式により算定する（図７中のステップ１に相当）。
【０１３７】
【数１４】
Ｐ1a＝１
Ｐ1b＝Ｐ1a×α1
Ｐ1c＝Ｐ1b×α2
Ｐ1d＝Ｐ1c×α2
Ｐ1e＝Ｐ1d×α2
Ｐ1f＝Ｐ1e×α2
Ｐ1g＝Ｐ1f×α2
Ｐ1h＝Ｐ1g×α1
Ｐ1i＝Ｐ1h×α1
【０１３８】
即ち、前述した摺動抵抗値Ｆによって図８に示す一番上側のパッキン材５１ａに、仮にＰ1a＝１なる軸方向の初期面圧Ｐ1aが作用した場合、上から二番目のパッキン材５１ｂには、Ｐ1b＝１×α1 として面圧伝達係数α1 （α1 ＝０．９５）分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1bが作用する。
【０１３９】
また、上から三番目のパッキン材５１ｃは第２種類であるため、このパッキン材５１ｃには、Ｐ1c＝Ｐ1b×α2 として面圧伝達係数α2 （α2 ＝０．９）分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1cが作用する。そして、次なるパッキン材５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇも第２種類であるため、前記数１４の式に示す如くそれぞれ面圧伝達係数α2 分だけ漸次減少した軸方向の初期面圧Ｐ1d，Ｐ1e，Ｐ1ｆ，Ｐ1gが作用する。
【０１４０】
一方、一番下から二番目のパッキン材５１ｈは第一種類であるため、このパッキン材５１ｈには、Ｐ1h＝Ｐ1g×α1 として面圧伝達係数α1 分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1hが作用し、一番下側（上から九番目）のパッキン材５１ｉには、Ｐ1i＝Ｐ1h×α1 として面圧伝達係数α1 分だけ減少した軸方向の初期面圧Ｐ1iが作用する。これらの初期面圧Ｐ1x（Ｐ1a，Ｐ1b，…Ｐ1i）は、下記の表３に示す通りである。
【０１４１】
次に、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に上側から挿入されたグランドパッキン５１のパッキン材５１ａ〜５１ｉは、パッキン締付具２４を用いて締付けた後に時間の経過と共に応力緩和を起こす。そして、この応力緩和Ｐ2xは、パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の種類によって異なり、それぞれの締付け回数によっても異なる。
【０１４２】
そこで、下記の数１５式によりパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の応力緩和Ｐ2xを求める（図７中のステップ２に相当）。この場合、パッキン材５１ａ〜５１ｉのうち上側から２個のパッキン材５１ａ，５１ｂと下側から２個のパッキン材５１ｈ，５１ｉは、第１種類を用い、残余のパッキン材５１ｃ〜５１ｇは第２種類のパッキン材により構成している。
【０１４３】
そして、パッキン材５１ａ〜５１ｉのうち上側の３個のパッキン材５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、締付け回数が２回（応力残留率２回）となり、その下側の３個のパッキン材５１ｄ，５１ｅ，５１ｆは、締付け回数が３回（応力残留率３回）となり、さらに下側の３個のパッキン材５１ｇ，５１ｈ，５１ｉは、締付け回数が４回（応力残留率４回）となっている。
【０１４４】
このため、パッキン材５１ａ，５１ｂは、上記表２に示す如く応力残留率β12となり、パッキン材５１ｃは応力残留率β22となり、パッキン材５１ｄ〜５１ｆは応力残留率β23となる。また、パッキン材５１ｇは応力残留率β24となり、パッキン材５１ｈ，５１ｉは応力残留率β14となる。
【０１４５】
これにより、これらのパッキン材５１ａ〜５１ｉの応力緩和Ｐ2x（Ｐ2a，Ｐ2b，…Ｐ2i）は、数１５式により求められ、それぞれ下記の表３に示す如く算定されるものである。
【０１４６】
【数１５】
Ｐ2a＝Ｐ1a×β12
Ｐ2b＝Ｐ1b×β12
Ｐ2c＝Ｐ1c×β22
Ｐ2d＝Ｐ1d×β23
Ｐ2e＝Ｐ1e×β23
Ｐ2f＝Ｐ1f×β23
Ｐ2g＝Ｐ1g×β24
Ｐ2h＝Ｐ1h×β14
Ｐ2i＝Ｐ1i×β14
【０１４７】
次に、一番上側のパッキン材５１ａによる応力緩和Ｐ2aに対するパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の応力緩和Ｐ2xの比率を求めることにより、下記の数１６式の如くパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向における面圧係数Ｐ3x（Ｐ3a，Ｐ3b，…Ｐ3i）を算定する（図７中のステップ３に相当）。これにより、グランドパッキン５１全体の中で、パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向における面圧比率が、面圧係数Ｐ3xとして下記の表３の如く算出されるものである。
【０１４８】
【数１６】
Ｐ3a＝Ｐ2a／Ｐ2a＝１
Ｐ3b＝Ｐ2b／Ｐ2a
Ｐ3c＝Ｐ2c／Ｐ2a
Ｐ3d＝Ｐ2d／Ｐ2a
Ｐ3e＝Ｐ2e／Ｐ2a
Ｐ3f＝Ｐ2f／Ｐ2a
Ｐ3g＝Ｐ2g／Ｐ2a
Ｐ3h＝Ｐ2h／Ｐ2a
Ｐ3i＝Ｐ2i／Ｐ2a
【０１４９】
次に、パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向における面圧係数Ｐ3xをベースとした各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の仮想摺動抵抗値Ｆ1xを、下記の数１７式により求める（図７中のステップ４）。
【０１５０】
この場合、パッキン材５１ａ〜５１ｉのうちパッキン材５１ａ，５１ｂ，５１ｈ，５１ｉは、上記の表２に示すように第１種類のパッキン材が用いられ、側面圧係数Ｋ1 となっている。そして、残りのパッキン材５１ｃ〜５１ｇは、第２種類のパッキン材が用いられ、側面圧係数Ｋ2 となっている。
【０１５１】
【数１７】
Ｆ1a＝μ×Ｋ1 ×Ｐ3a×Ｓ
Ｆ1b＝μ×Ｋ1 ×Ｐ3b×Ｓ
Ｆ1c＝μ×Ｋ2 ×Ｐ3c×Ｓ
Ｆ1d＝μ×Ｋ2 ×Ｐ3d×Ｓ
Ｆ1e＝μ×Ｋ2 ×Ｐ3e×Ｓ
Ｆ1f＝μ×Ｋ2 ×Ｐ3f×Ｓ
Ｆ1g＝μ×Ｋ2 ×Ｐ3g×Ｓ
Ｆ1h＝μ×Ｋ1 ×Ｐ3h×Ｓ
Ｆ1i＝μ×Ｋ1 ×Ｐ3i×Ｓ
【０１５２】
なお、弁軸２２と各パッキン材５１ａ〜５１ｉとの接触面積Ｓは、各パッキン材５１ａ〜５１ｉの内径を、例えば４０ｍｍ、軸方向の厚さ寸法を１０ｍｍとしたときに、Ｓ≒１２５７ｍｍ２ となり、μ×Ｋ1 ＝０．０１、μ×Ｋ2 ＝０．０２とした場合に、パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向における仮想摺動抵抗値Ｆ1x（Ｆ1a，Ｆ1b，Ｆ1c，…，Ｆ1i）は、それぞれ下記の表３に示す如く算定されるものである。
【０１５３】
次に、パッキン材５１ａ〜５１ｉの仮想摺動抵抗値Ｆ1xを合計した合計値Ｆt を、下記の数１８式により求める（図７中のステップ５）。この場合、下記の表３に示す如く合計値Ｆt は、例えばＦt ＝５９５．１６として算定されるものである。
【０１５４】
【数１８】
Ｆt ＝ΣＦ1x＝Ｆ1a＋Ｆ1b＋Ｆ1c＋…＋Ｆ1i
【０１５５】
次に、実摺動抵抗値Ｆを仮想摺動抵抗値Ｆ1xに従って、各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の摺動抵抗値として振分けるため、下記の数１９式による実摺動抵抗値Ｆの振分け値Ｆ2xを求める（図７中のステップ６）。これにより、実摺動抵抗値Ｆを、例えばＦ＝２０００Ｎ（ニュートン）とした場合に、各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の振分け値Ｆ2x（Ｆ2a，Ｆ2b，Ｆ2c，…，Ｆ2i）は、下記の表３の如く算定される。
【０１５６】
【数１９】
Ｆ2x＝（Ｆ／Ｆt ）×Ｆ1x
但し、ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，…，ｉ
【０１５７】
次に、実摺動抵抗値Ｆの振分け値Ｆ2xに従って、各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向面圧Ｐ4xを、前記数１７の式で示した摩擦力の関係から下記の数２０式により求める（図７中のステップ７）。これにより、各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の軸方向面圧Ｐ4x（Ｐ4a，Ｐ4b，Ｐ4c，…，Ｐ4i）は、表３の如く算定される。
【０１５８】
【数２０】
Ｐ4a＝Ｆ2a／（μ×Ｋ1 ×Ｓ）
Ｐ4b＝Ｆ2b／（μ×Ｋ1 ×Ｓ）
Ｐ4c＝Ｆ2c／（μ×Ｋ2 ×Ｓ）
Ｐ4d＝Ｆ2d／（μ×Ｋ2 ×Ｓ）
Ｐ4e＝Ｆ2e／（μ×Ｋ2 ×Ｓ）
Ｐ4f＝Ｆ2f／（μ×Ｋ2 ×Ｓ）
Ｐ4g＝Ｆ2g／（μ×Ｋ2 ×Ｓ）
Ｐ4h＝Ｆ2h／（μ×Ｋ1 ×Ｓ）
Ｐ4i＝Ｆ2i／（μ×Ｋ1 ×Ｓ）
【０１５９】
次に、図８に示す如く支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に装着されたパッキン材５１ａ〜５１ｉに対し流体圧Ｐ（設計上の最高圧）による流体力が、一番下側のパッキン材５１ｉから順次上側に向けてパッキン材５１ｇ，５１ｆ，５１ｅ，…５１ａへと作用する場合の流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xを、下記の数２１式により求める（図７中のステップ８）。
【０１６０】
【数２１】
Ｐ5a＝Ｐ×α1４×α2５
Ｐ5b＝Ｐ×α1３×α2５
Ｐ5c＝Ｐ×α1２×α2５
Ｐ5d＝Ｐ×α1２×α2４
Ｐ5e＝Ｐ×α1２×α2３
Ｐ5f＝Ｐ×α1２×α2２
Ｐ5g＝Ｐ×α1２×α2
Ｐ5h＝Ｐ×α1２
Ｐ5i＝Ｐ×α1
【０１６１】
即ち、図８に示す一番下側のパッキン材５１ｉには、流体圧Ｐ（例えば、Ｐ＝１０ＭＰa )が面圧伝達係数α1 （α1 ＝０．９５）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5iが作用し、下から二番目のパッキン材５１ｈには、Ｐ5h＝Ｐ×α２として面圧伝達係数α1２（α1２＝０．９０３）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5hが作用する。
【０１６２】
そして、次なるパッキン材５１ｇ，５１ｆ，５１ｅ，…には、それぞれ前記数２１の式に示す如く面圧伝達係数α2 （α2 ＝０．９）分だけ漸次減少した軸方向面圧Ｐ5g，Ｐ5f，Ｐ5e，…が作用し、一番上側（下から九番目）のパッキン材５１ａには、Ｐ5a＝Ｐ×α1４×α2５として面圧伝達係数（α1４×α2５）分だけ減少した軸方向面圧Ｐ5aが作用する。これらの流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5x（Ｐ5a，Ｐ5b，…Ｐ5i）は、下記の表３に示す通りである。
【０１６３】
次に、流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xと実摺動抵抗値Ｆによる軸方向面圧Ｐ4xとを合計した軸方向の合計面圧Ｐ6xを、下記の数２２式により算定する（図７中のステップ９）。
【０１６４】
【数２２】
Ｐ6x＝Ｐ4x＋Ｐ5x
【０１６５】
この場合に、実摺動抵抗値Ｆによる軸方向面圧Ｐ4xの圧力単位（Ｎ／ｍｍ２ ）と流体圧Ｐによる軸方向面圧Ｐ5xの圧力単位（ＭＰa ）とは互いに等しい単位であり、１ＭＰa ＝１Ｎ／ｍｍ２ なる関係にあるので、軸方向の合計面圧Ｐ6x（Ｐ6a，Ｐ6b，…，Ｐ6i）は、それぞれ表３の如く求められる。
【０１６６】
次に、前述した側面圧係数Ｋ1 ，Ｋ2 を合計面圧Ｐ6xに乗算することにより、Ｋ＝（径方向の側面圧）／（軸方向の面圧）なる関係からパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の締め代となる径方向の側面圧Ｐrxを下記の数２３式により算定する。そして、これらの側面圧Ｐrx（Ｐra，Ｐrb，…，Ｐri）は表３の如く求められるものである（図７中のステップ１０）。
【０１６７】
【数２３】
Ｐra＝Ｋ1 ×Ｐ6a
Ｐrb＝Ｋ1 ×Ｐ6b
Ｐrc＝Ｋ2 ×Ｐ6c
Ｐrd＝Ｋ2 ×Ｐ6d
Ｐre＝Ｋ2 ×Ｐ6e
Ｐrf＝Ｋ2 ×Ｐ6f
Ｐrg＝Ｋ2 ×Ｐ6g
Ｐrh＝Ｋ1 ×Ｐ6h
Ｐri＝Ｋ1 ×Ｐ6i
【０１６８】
次に、前述した流体圧Ｐとパッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の側面圧Ｐrx（Ｐra，Ｐrb，…，Ｐri）とを比較し、下記の数２４式によるシール度Ｊx （比較結果）が１．０以上であるか否かにより各パッキン材５１ａ〜５１ｉ毎の漏洩判定を行う（図７中のステップ１１）。
【０１６９】
【数２４】
Ｊx ＝Ｐrx／Ｐ
【０１７０】
そして、パッキン材５１ａ〜５１ｉのシール度Ｊx （Ｊa ,Ｊb ,Ｊc ,…,Ｊi ）のうちパッキン材５１a，５１ｂのシール度Ｊa ,Ｊb は、表３に示す如く１．０より小さくなっている。しかし、パッキン材５１ｃ，５１ｄ，…，５１ｉのシール度Ｊc ,Ｊd ,…,Ｊi は、表３に示す如く全て１．０以上となっているので、流体圧Ｐの漏洩をパッキン材５１ｃ〜５１ｉにより防止できると判定し得る。
【０１７１】
また、パッキン材５１ａ，５１ｂについても、シール度Ｊa ,Ｊb を１．０以上とする場合には、パッキン締付具２４を用いてグランドパッキン５１の各パッキン材５１ａ，５１ｂ（パッキン材５１ｃ〜５１ｉを含む）に対する締付力を増大させ、各パッキン材５１ａ〜５１ｉの撓み量（圧縮変形量）を大きくすべきことを、例えば図５に示す表示器４４、報知装置４６等を用いてメンテナンス作業者に知らせることができる。
【０１７２】
【表３】
なお、前記実施の形態では、図７に示すステップ１〜１０が、本発明の特徴事項である側面圧演算手段の具体例であり、図７に示すステップ１１が性能判別手段の具体例を示すものである。
【０１７４】
また、前記実施の形態では、グランドパッキン２３（５１）を合計９個のパッキン材２３ａ〜２３ｉ（５１ａ〜５１ｉ）により構成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば８個以下または１０個以上のパッキン材を用いてグランドパッキンを構成してもよい。
【０１７５】
また、第１の実施の形態では、グランドパッキン２３のパッキン材２３ａ〜２３ｉを一括締めする場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第２の実施の形態で述べたように、パッキン材を分割締めする構成としてもよい。一方、第２の実施の形態で述べたパッキン材５１ａ〜５１ｉについても、分割締めに限らず、一括締めする構成としてもよいものである。
【０１７６】
また、前記実施の形態では、原子力発電所等で用いる制御弁１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば石油化学コンビナート、化学プラントまたは精油所で用いる制御弁等、種々の流体の流れを制御する制御弁に対しても適用でき、グランドパッキンのシール性能等の診断を早期に行うことができるものである。
【０１７７】
一方、前記実施の形態では、スプリング９により弁体７を閉弁方向に付勢する形式の制御弁１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば空気圧等の気体圧を用いて弁体を閉弁方向に駆動し、弁体を開弁させるときには気体圧を下げてスプリングにより弁体を開弁方向に付勢する形式の制御弁に適用してもよい。
【０１７８】
また、前記実施の形態では、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて矢示Ｃ方向へと給水が流れる制御弁１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２に示す矢示Ｃ方向とは逆向きに流体が流れる構成としてもよいものである。
【０１７９】
さらに、前記実施の形態では、ばね受１８および緩止めナット１９等を用いてスプリング９の付勢力を可変に調節するものとして述べたが、必ずしもスプリングの付勢力を調節可能な構成とする必要はないものである。
【０１８０】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１に記載の発明によれば、グランドパッキンの性能診断装置は、荷重検出手段、側面圧演算手段および性能判別手段を備える構成としているので、例えば弁体の開度を可変に制御している間に、弁軸に付加される軸方向の荷重を荷重検出手段により検出でき、このときの検出信号からグランドパッキンと弁軸との間に働く摺動抵抗値を求めることができる。そして、側面圧演算手段は、この摺動抵抗値から弁軸に対するグランドパッキンの締め代を側面圧として演算でき、性能判別手段は、演算により求めたグランドパッキンの側面圧からグランドパッキンの締め代が適正であるか否か等をシール性能として判別することができる。そして、グランドパッキンの締め代が適正でない場合には、グランドパッキンに対する締付力の調整作業等を容易に行うことができる。
【０１８１】
また、請求項２に記載の発明によると、側面圧演算手段は、流体の流体圧により弁軸の軸方向でグランドパッキンに付加される軸方向面圧と摺動抵抗値による前記グランドパッキンの軸方向面圧とを加算して軸方向の合計面圧を演算し、この合計面圧から前記グランドパッキンの径方向面圧を側面圧として演算により求める構成としているので、弁ハウジングの流入口、流出口間に流体を流す前の段階で、荷重検出手段による荷重検出信号からグランドパッキンと弁軸との間の摺動抵抗値を求めることにより、この摺動抵抗値に従ってグランドパッキンの軸方向に働く軸方向面圧を算定することができる。
【０１８２】
また、例えば弁ハウジング内を流れる流体の圧力を予め設計値として取込むことにより、この流体圧に従ってグランドパッキンの軸方向に働く軸方向面圧も算定することができ、これらの２つの軸方向面圧を加算して軸方向の合計面圧を算定できる。そして、グランドパッキンは軸方向の面圧に対する径方向面圧の関係が、例えば側面圧係数として求められているので、前記合計面圧と側面圧係数を掛け算（乗算）することにより、グランドパッキンの径方向面圧を側面圧（締め代）として算出することができる。
【０１８３】
また、請求項３に記載の発明によると、性能判別手段は、弁ハウジング内を流れる流体の流体圧とグランドパッキンの側面圧とを比較し、この比較結果により流体の漏洩の有無を判別する構成としているので、性能判別手段は流体の流体圧とグランドパッキンの側面圧とを比較し、例えば側面圧の方が流体圧よりも大きいときには、グランドパッキンによって流体の漏洩を阻止できると判別でき、逆に側面圧が流体圧より小さいときには漏洩の可能性があると判別することができる。
【０１８４】
また、請求項４に記載の発明によると、グランドパッキンは、弁ハウジングと弁軸との間で該弁軸の軸方向に互いに重合わせて配置される複数個のパッキン材からなり、側面圧演算手段は該各パッキン材毎に側面圧を演算し、性能判別手段は前記各パッキン材毎に前記側面圧と流体圧とを比較して流体の漏洩の有無を判別する構成としているので、複数個のパッキン材のうちいずれのパッキン材がどの程度の側面圧（締め代）を有しているかを個別に知ることができ、性能判別手段はこれらのパッキン材毎に流体の漏洩が有るか否かを容易に判別することができる。
【０１８５】
さらに、請求項５に記載の発明によると、弁ハウジングには、軸挿通穴、パッキン取付穴およびパッキン締付具を設け、該パッキン締付具は、性能判別手段によるグランドパッキンの性能判別結果に応じて締付力を可変に調整する構成としているので、性能判別手段によるグランドパッキンの性能判別結果に従ってグランドパッキンに対する軸方向の締付力をパッキン締付具により可変に調整でき、これによってグランドパッキンの側面圧を適正な締め代となるように容易に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるグランドパッキンの性能診断装置が設けられた制御弁の閉弁状態を示す縦断面図である。
【図２】図１の制御弁を開弁した状態で示す部分拡大断面図である。
【図３】図１の弁軸とグランドパッキンとを拡大して示す要部断面図である。
【図４】図１に示す制御弁の制御回路図である。
【図５】図１中の制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置を示す制御ブロック図である。
【図６】指令信号と制御弁の弁開度との関係を示す特性線図である。
【図７】グランドパッキンの性能診断処理を示す流れ図である。
【図８】第２の実施の形態によるグランドパッキンを弁軸等と共に拡大して示す要部断面図である。
【符号の説明】
１ 制御弁
２ 弁ハウジング
３ 弁箱
３Ａ 流入口
３Ｂ 流出口
４ 弁体ガイド
４Ａ 摺動面
４Ｂ 弁座
５ 支持フレーム
５Ｂ 軸挿通穴
５Ｃ パッキン取付穴
６ 支持板
７ 弁体
８ 駆動機構（弁駆動手段）
９ スプリング
１０ アクチュエータ
１１，１２ 可動シェル
１３ ダイヤフラム
１４ 圧力室
１６ ヨーク（駆動力伝達手段）
２２ 弁軸
２３，５１ グランドパッキン
２３ａ〜２３ｉ，５１ａ〜５１ｉ パッキン材
２４ パッキン締付具
２５ 軸力センサ（荷重検出手段）
２６ 開度センサ（開度検出手段）
２７ ポジショナ
２８ パイロット配管
２９，３０ 空気圧配管
３１ 圧気源
３２，３６ 減圧弁
３４ 指令装置（指令手段）
３５ 電空変換器
３７ ブースタリレー
３８ 操作空気圧配管
４０，４１，４２ 圧力センサ
４３ コントロールユニット
４４ 表示器
４６ 報知装置
Claims (5)
- 流体の流入口と流出口を有し該流入口と流出口との間に弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に変位可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開，閉弁方向に駆動する弁駆動手段と、該弁駆動手段と弁体との間に設けられ該弁駆動手段による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸を有した駆動力伝達手段と、該駆動力伝達手段の弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えた制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置であって、
前記駆動力伝達手段に設けられ前記弁軸の軸方向に付加される荷重を検出する荷重検出手段と、
該荷重検出手段から出力される検出信号により前記グランドパッキンと弁軸との間に働く摺動抵抗値を求め、少なくともこの摺動抵抗値から前記弁軸に対するグランドパッキンの側面圧を演算する側面圧演算手段と、
該側面圧演算手段で演算した前記グランドパッキンの側面圧に基づいて該グランドパッキンのシール性能を判別する性能判別手段とを備えたことを特徴とする制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置。 - 前記側面圧演算手段は、前記弁ハウジング内を流れる流体の流体圧により前記弁軸の軸方向でグランドパッキンに付加される軸方向面圧と、前記摺動抵抗値による前記グランドパッキンの軸方向面圧とを加算することによって軸方向の合計面圧を演算し、この合計面圧から前記グランドパッキンの径方向面圧を前記側面圧として演算により求める構成としてなる請求項１に記載の制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置。
- 前記性能判別手段は、前記弁ハウジング内を流れる流体の流体圧と前記グランドパッキンの前記側面圧とを比較し、この比較結果により流体の漏洩の有無を判別する構成としてなる請求項１または２に記載の制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置。
- 前記グランドパッキンは、前記弁ハウジングと弁軸との間で該弁軸の軸方向に互いに重合わせて配置される複数個のパッキン材からなり、前記側面圧演算手段は該各パッキン材毎に前記側面圧を演算し、前記性能判別手段は前記各パッキン材毎に前記側面圧と前記流体圧とを比較して流体の漏洩の有無を判別する構成としてなる請求項３に記載の制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置。
- 前記弁ハウジングには、前記弁軸が挿通される軸挿通穴と、前記グランドパッキンを取付けるため該軸挿通穴を部分的に拡径することにより形成され該軸挿通穴の軸方向に延びたパッキン取付穴と、該パッキン取付穴内に前記グランドパッキンを取付けた状態で該グランドパッキンに軸方向の締付力を付与するパッキン締付具とを設け、該パッキン締付具は、前記性能判別手段によるグランドパッキンの性能判別結果に応じて前記締付力を可変に調整する構成としてなる請求項１，２，３または４に記載の制御弁に用いるグランドパッキンの性能診断装置。
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